基本介紹
- 中文名：彌散強化
- 外文名： dispersion strengthening
- 目的：強化合金
- 套用：冶金
- 規律：顆粒越細小，強化效果越好
- 基體：鋁、銅、鎳等
簡介,原理,基體與析出物關係,彌散強化合金,
簡介
1916年在德國首先製造出用二氧化釷強化的鎢絲，1919年這種鎢絲在美國工業中開始套用。1946年出現了燒結鋁（SAP）。1962年製成鎳-二氧化釷合金。1970年發明機械合金化方法，使彌散強化合金獲得較大進展，研製出用彌散強化和時效硬化或固溶強化方法結合起來製成的一系列用於高溫的合金（機械合金化合金）。目前套用的彌散強化合金約20多種。中國從50年代開始研製彌散強化合金以來，已研製出以鋁、銅、鎳等為基體的彌散強化合金。彌散強化機理有如下兩種：
1、奧羅萬（Orowan）機理：塑性變形時，位錯線不能直接切過第二相粒子，但在外力作用下，位錯線可以環繞第二相粒子發生彎曲，最後在第二相粒子周圍留下一個位錯環而讓位錯通過。位錯線的彎曲將會增加位錯影響區的晶格畸變能，這就增加了位錯線運動的阻力，使滑移抗力增大。
2、安塞爾一勒尼爾機理：安塞爾（G．S．Ansell）等人對彌散強化合金的屈服提出了另一個位錯模型。他們把由於位錯塞積引起的彌散第二相粒子斷裂作為屈服的判據。當粒子上的切應力等於彌散粒子的斷裂應力時，彌散強化合金便屈服。
原理
所謂彌散強化，是指將多相組織混合在一起所獲得的材料強化效應。通過控制這些相的尺寸、形狀、數量和單個相的性能，可以獲得理想的性能組合。如果材料中添加的合金元素太多，以致超過了其溶解度，就會出現第二相，形成兩相合金。在這兩種相之問的界面上的原子排列不再具有品格完整性。在金屬等塑性材料中，這些相界面會阻礙位錯的滑移，從而使材料得到強化，這就是彌散強化的由來。所以，往彌散強化合金中，一定存在著一種以上的相。那些含量大的連續分布的相稱為基體，而第二相則一般是數量較少的析出物，有時這兩種相也可以是同時形成的。
強化相彌散強化的實質是利用彌散的超細微粒阻礙位錯的運動，從而提高材料在高溫下的力學性能。為此，對彌散強化微粒有如下要求：微粒尺寸要儘可能小（0.01~0.05μm），微粒的間距要達到最佳程度（0.1~0.5μm）,在基體中分布要均勻；此外，微粒與基體金屬不相互作用，在高溫下微粒相互集聚的傾向性要小。這樣就能使材料在直至接近熔點的高溫下，即採用合金化和熱處理已難起強化作用的情況下，仍能保持一定強度。彌散強化相含量一般小於10%。
基體與析出物關係
在彌散強化中，基體與析出物之間應該具有如下關係：
1、基體應該是塑性的，而析出物則應該是脆性的。此時，析出物阻礙位錯的滑移，使材料強化而較軟的基體則給整個合金提供所需的塑性。
2、脆性的析出物應該是不連續分布的，而塑性的基體則應陔是連續分布的。如果析出物連續分布，裂紋就可能在整個結構中傳播。使材料發生脆性斷裂。而不連續分布的析出物內的裂紋則可能被塑性的基體與析出物之間的相界面所阻擋，難以擴展。
3、析出物的尺寸應該小，數密度應該大。這樣才能增加阻礙位錯滑移的可能性。
4、析出物的形狀應該是圓的，而不應該是尖的或針狀的。因為圓形的析出物產生三裂紋的可能性要小，而具有尖銳邊緣的析出物則有可能J帆生裂紋，或者其本身就容易成為缺口。
5、析出物的數量越多，合金的強度越高。
彌散強化合金
第三類粉末冶金材料是彌散強化合金。這種合金重要的特點是在高溫下具有高的強度。強化機理同沉澱強化合金類似。在沉澱強化合金中，亞顯微細的分散的第二相彌散在基體中，並產生強化效果。這種分散的第二相與基體相一般是共格的。然而，沉澱強化合金的強度在其使用的溫度範圍內是有限的。因為合金的彌散相是通過能使合金成為單相固溶體的溫度下淬火，並隨後加熱到中間溫度使之發生沉澱的工藝方法來產生的。當溫度進一步加熱到高於發生沉澱過程的溫度，沉澱相將會粗化（即合金過時效），甚至於又重新溶解。相反，在彌散強化合金中的彌散相在合金的固相線溫度以下均是保持穩定的。關於彌散相能改變合金的屈服強度、加工硬化、蠕變和斷裂行為的機理，已進行了大量的研究工作。
合金的高溫強度性能，特別是蠕變速率，受與彌散相的幾何學有關的參數的影響，例如受彌散質點間距的影響，也受彌散相晶粒大小和晶粒形狀（晶粒的長寬比，即晶粒的形態比）的影響。研究的結果表明，位錯攀移過第二相質點的蠕變和晶界滑移的蠕變，對於解釋合金的性能都是重要的。對於彌散強化合金的蠕變，還沒有一個被普遍接受的模型。
彌散強化合金的彌散相一般是氧化物，但是，也可能是穩定的金屬間化合物，或者甚至是純金屬。在金屬基體中的細氧化難彌散相，一般只能用粉末冶金的方法來產生，因為很難在熔融金屬中使固體氧化物成為彌散質點。用熔鍊冶金法來生產氧化物彌散相的唯一方法是內氧化法。將惰性的基體金屬和惰性稍差點的合金元素組成的合金在含氧的氣氛中加熱，氣氛中氧壓足夠低以致基體金屬不會被氧化。氧通過基體金屬的體積擴散並與惰性較主的合金組元發生反應，在基體金屬中形成這個組元的細氧化物彌散相。用內氧化法生產氧化物彌散強化合金的主要缺點是，內氧化過程取決於氧的溶解度和氧在基體金屬中的擴散速度，而擴散速度和溶解度都是很低的。因此，用這種方法在合金斷面上產生適當厚度的氧化物彌散相需要很長時間。這個困難可以用內氧化粉末狀合金的方法來克服，因為在這種情況下，氧必需擴散的距離只受粉末顆粒的半徑的限制。內氧化處理的粉末，隨後必須進行緻密化處理。
