冷喷涂制备Al基块体非晶合金的研究

Al-based amorphous alloy is showing great potential applications in the areas of aerospace/aviation and communication/transport industries due to its quality characteristics such as lightweight, high strength, corrosive resistance and low cost, but weak glass-formation-ability(GFA) then difficulty in bulk preparation become the heavy barrier. In this project, cold spraying process is introduced to extently reduce the dependence of the alloy size on GFA in the prepartaion of bulk alloy and to base for its practical utility..Firstly, based on the self-developed AlNiY-based alloy in our lab, the elements are to be modified and confirmed, the alloy powders be produced by atomization and their structures/properties be detected. Meanwhile, adiabatical temperature-rise, plastic deformation, effective bonding and effect of cooling condition to structure formation during particles deposition in cold spray under various states (especially various initial temperature and flight velocity of the powder particles) are to be numerically simulated. According to the simulated results, typical amorphous alloy deposit samples will be produced by cold spraying process,the particles deposition and bonding behaviors, structural characteristics of the deposits will be studied. Through the ways of numerical simulation and structure-property analysis, the related scientific problem will be solved, the laws in the amorphous alloy bulk deposits formation will be explored, the processing parameters will be optimized, and finally qulity amorphous deposits will be prepared, related post treatment will be carried out and structure-property tested.

Al基非晶合金因其轻质、高强、耐蚀、廉价等特点在航空航天及交通运输领域展现出巨大应用潜力；然而非晶形成能力差、制备块体材料困难成为其实际应用的严重障碍。本申请引入冷喷涂技术以最大程度地减小制备材料尺寸对合金形成能力的依赖，突破Al基非晶合金大尺寸块体的制备瓶颈，为新材料的实际应用奠定基础。.研究首先以我室自主研制的AlNiY基非晶合金为基础调整和确定元素组成，雾化制备粉体喂料并检测粉体相关特性；同时模拟研究冷喷涂过程中不同状态（预热温度与飞行速度）颗粒撞击后绝热升温、塑性变形、有效结合等情况以及冷却过程对组织形成的影响；然后以模拟结果为依据，冷喷涂制备有针对性的非晶合金样品；考察颗粒的沉积、结合行为以及合金的组织结构特点；通过数值模拟并辅以组织性能分析的方法解决相关科学问题，揭示非晶合金块体的形成规律；优化和确定喷涂工艺，冷喷涂制备优质的Al基非晶合金块体并进行相关后续处理及组织性能检测。

Al基非晶合金因其轻质、高强、耐蚀、廉价等特点在航空航天及交通运输领域展现出巨大应用潜力；然而非晶形成能力差、制备块体材料困难成为其实际应用的严重障碍。本申请引入冷喷涂技术以最大程度地减小制备材料尺寸对合金形成能力的依赖，突破Al基非晶合金大尺寸块体的制备瓶颈，为新材料的实际应用奠定基础。.研究首先以我室自主研制的AlNiY基非晶合金为基础调整和确定元素组成，雾化制备粉体喂料并检测粉体相关特性；同时模拟研究冷喷涂过程中不同预热温度与飞行速度颗粒撞击后绝热升温、塑性变形、有效结合等情况以及冷却过程对组织形成的影响；然后以模拟结果为依据，冷喷涂制备有针对性的非晶合金样品；考察颗粒的沉积、结合行为以及合金的组织结构特点；通过数值模拟并辅以组织性能分析的方法解决相关科学问题，揭示非晶合金块体的形成规律；优化和确定喷涂工艺，冷喷涂制备优质的Al基非晶合金块体并进行相关后续处理及组织性能检测。.首先，完成了Al基非晶合金的成分设计；通过雾化制粉技术制备出满足冷喷涂要求的非晶合金粉体；确定了合金的熔炼工艺和雾化制粉工艺；考察了采用高纯原材料及工业级原材料制粉的可能性；对粉体非晶结构进行了确认，对粉体相关工艺特性进行了分析。其次，在沉积行为模拟方面，对于一种新型合金材料，通过现有资料与数据分析，结合对实际制备材料的相关测试，获得了建立本构方程及物理模型的必要数据，弥补了新材料数据缺乏问题；掌握了ABAQUS软件模拟、Lagrange和Euler法算法以及它们在本项目上的具体应用。第三，通过模拟和实验了解了非晶颗粒沉积行为，确定了相关冷喷涂工艺参数调控范围，制备了分散颗粒、涂层及沉积体样品，确定了制备材料的非晶组织结构，初步实现了项目目标。第四，初步测试了制备材料的硬度、结合强度、表面粗糙度、耐腐蚀性能等指标，考察了涂层形成与致密化机理。相关工作为冷喷涂非晶涂层制备及该技术的实际应用打下基础。