快速凝固/粉末冶金技術(shù)制備高性能高溫鋁合金及其復(fù)合材料的進(jìn)展

李沛勇

（1.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2.北京市先進(jìn)鋁合金材料及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，北京 100095；3.先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095）

快速凝固（Rapid solidification，RS）是指冷卻速率達(dá)104℃/s以上的凝固過程[1]，其冷卻速率是傳統(tǒng)的鑄錠冶金（Ingot metallurgy，IM）工藝的1000倍以上。快速凝固的優(yōu)點(diǎn)包括[1–3]：（1）增大溶質(zhì)元素的固溶度；（2）細(xì)化晶粒和強(qiáng)化相；（3）減小或消除成分偏析；（4）形成過渡相；（5）形成非晶和納米晶；（6）形成準(zhǔn)晶。

自20世紀(jì)50年代以來已出現(xiàn)了許多快速凝固工藝，其中霧化和熔體快淬工藝已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。近30多年來，快速凝固（RS）與粉末冶金（Powder metallurgy，PM）結(jié)合的工藝（RS/PM）已成功用于制備高溫合金、

鈦合金和鋁合金等金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金作為一種輕質(zhì)金屬材料，具有比強(qiáng)度高、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天和交通領(lǐng)域。但用作結(jié)構(gòu)材料的傳統(tǒng)鋁合金（主要包括2XXX、6XXX系和7XXX系）耐熱溫度（長期工作溫度）不超過120～150℃[4]。因?yàn)槌^該溫度，會導(dǎo)致過時(shí)效，出現(xiàn)合金中的過渡強(qiáng)化相粗化或向其平衡相[θ（Al2Cu）、S（Al2CuMg）、β（Mg2Si）、η（MgZn2）]轉(zhuǎn)變，最終導(dǎo)致合金的強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的耐熱溫度可達(dá)到400～550℃[4]，但鈦合金的密度比鋁合金大30%～35%。目前在200～400℃長時(shí)間應(yīng)用領(lǐng)域，因傳統(tǒng)鋁合金耐熱性能不能滿足要求而仍然選用鈦合金。

為滿足航空航天和汽車領(lǐng)域?qū)δ蜔釡囟葹?00～400℃的輕質(zhì)金屬材料的需求，自20世紀(jì)80年代開始，借助快速凝固技術(shù)，國內(nèi)外開發(fā)了一系列的高性能高溫鋁合金，這些高溫鋁合金的耐熱溫度達(dá)到350℃左右[4]，通常包含了過渡族（TM）或/和稀土（RE）元素，且合金元素含量高。不同于傳統(tǒng)鋁合金，高溫鋁合金不能采用IM工藝制備，而只適合采用快速凝固或機(jī)械合金化工藝制備。……