快速凝固AlMnSi薄膜的热稳定性与微观结构表征.pdf

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1、第34卷第3期Vo1．34No．3河南科技大学学报：自然科学版2013年6月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceJun．2013文章编号：1672—6871(2013)03—0001—05快速凝固AIMnSi薄膜的热稳定性与微观结构表征李炎，翟传鑫，喻惠武，徐春花(河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471023)摘要：用快速凝固技术制备A1Mn、A1MnSi薄膜，分别用示差扫描量热法、透射电子显微镜、x射线衍射仪等检测技术对薄膜的相变温

2、度、显微结构和相组成进行表征。研究结果表明：添加si可以提高A1Mn薄膜的热稳定性，本试验范围内薄膜的热稳定性从270℃提高至600℃以上。添加si可以改变薄膜的相组成，A1Mn薄膜的相组成主要为Al+A1Mn；添加si的质量分数分别为3％、5％的A1MnSi薄膜的相组成主要为Al+A1。。MnSi相，si质量分数的增加对薄膜的相组成没有明显影响。添加si可以改变薄膜的显微组织，使未加si时出现的棒状、块状、花瓣状等多种形态的化合物转变为单一的球状化合物，并且合适的Si、Mn配比使晶粒得到细化。关键词：A1Mn；A1MnSi；

3、快速凝固；显微组织中图分类号：TB34文献标志码：A0引言铝锰系合金具有优良的导电、导热、耐蚀等特点，并且具有良好的焊接性和加工性等，被广泛地应用于包装材料、热交换材料、感光材料、装饰材料、电池材料等方面¨。尽管如此，由于铝锰合金的工作温度仅限于熔点的0．6倍以下，高于此温度会使合金的微观结构发生改变，从而使相应的力学性能恶化。要提高合金的高温稳定性，比较有效的方法是添加微量元素，在A1Mn合金中形成金属间化合物粒子，从而改变合金结构及性能。快速凝固技术的出现打破了用传统工艺制备新合金的限制，用快速凝固法可以使铝锰合金中的锰含

4、量大幅增加，有效提高铝锰合金的力学性能卜。同时，快速凝固法促进了弥散强化铝合金的发展，20世纪80年代发展起来的四元铝一铁一钒一硅系合金中存在有一A1FeVSi强化相，使合金在400℃下具有显著的抗粗化能力。有研究指出：三元铝锰硅合金中产生的d—A1MnSi相与一A1FeVSi相的作用机制相同，可使合金的高温抗粗化能力达到450℃。这一研究成果促进了铝一锰一硅合金在高温应用方面的发展。铝锰硅合金的高温稳定性与硅的加入量、锰与硅的比例有很大关系，能否进一步提高铝锰硅合金的高温稳定性是值得关注的问题。本试验用快速凝固技术制备不同硅

5、含量的A1MnSi合金薄膜，探讨si元素对合金组织、相结构、高温稳定性的影响，为开发新型A1合金提供理论和实验数据。1试验方法试验用材为铝锰合金((Mn)=8％)，添加硅的质量分数为2．05％～8．11％，用真空非自耗电极电弧炉，在氩气保护下熔炼，为了避免合金中出现生块和杂质，每次熔炼后，把合金毛坯取出，将炉腔和坩埚内的杂物擦拭干净，并用无水乙醇擦拭坩埚两遍后再把合金纽扣翻转放入坩埚内，照此方法反复熔炼3次，制出成分均匀的合金铸锭。每一种成分约10g放入石英管中，用高频感应电源将铸锭加热熔化，采用单辊熔体快淬装置在0．05MP

6、a的氩气保护下制得厚0．3mm，宽25～40mm的A1Mn、A1MnSi条带。条带的成分分别为A1Mn7、A1Mn5Si3、A1Mn5Si5以及A1Mn3Si5。用STA-409PC同步分析仪对4种不同成分的条带进行相变点测试，试验条件为氩气保护，加热温度范围为20～600oC，升温速率10oC／min，在600℃保温5min，降温采用随炉冷却。用D8一x射线衍射仪(XRD)对薄膜进行相结构分析。用离子减薄仪把条带制备成透射电镜样品，用JEOL一2100高分辨透射电子显微镜(HREM)以及能基金项目：国家自然科学基金项目(10

7、831165504)作者简介：李炎(1954一)，女，河南舞阳人，教授，博士，硕士生导师，主要从事功能材料、耐磨材料的开发与结构表征。收稿日期：2013—0l一15·2·河南科技大学学报：自然科学版谱仪(EDS)附件对薄膜进行显微组织、晶体结构以及微区成分分析。2试验结果及分析2．1Si对AIMnSi薄膜相变点的影响图1为4种不同成分薄膜的示差扫描量热曲线DSC，从图1中曲线可看出：A1Mn7薄膜在270～330℃温度区间，有一个明显的吸热峰，这说明该温度区间有相变产生。A1Mn5Si3和A1Mn5Si5的曲线上没有明显的吸热

8、或放热峰，说明这两种薄膜在整个试验温度范围内没有相变发生，薄膜的热稳定性可以提高到600℃以上。试样A1Mn3Si5在220℃和540℃各有一个微小的放热峰，说明在这两个温度区域有相变发生。通过对4种试样的热分析可知：A1Mn薄膜中加入适量si可以改变薄膜的相结构，提高薄膜的