電流燒結(jié)是在自阻加熱技術(shù)合金材料分析顯微鏡

  NiAI合金材料電脈沖輔助快速制備工藝
  脈沖電流燒結(jié)是在自阻加熱技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型快速燒結(jié)
技術(shù)。該技術(shù)通過在粉體兩端施加脈沖電流和軸向壓

力實(shí)現(xiàn)燒結(jié)。與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比，電脈沖輔助燒結(jié)除利用焦耳熱和加
壓產(chǎn)生的塑性流動來促進(jìn)燒結(jié)之外，還有效地利用了粉末間的電脈沖放電
促進(jìn)燒結(jié)。具有燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)，所制備的材料晶粒細(xì)小
、致密度高，在制備細(xì)晶材料方面具有極大的優(yōu)勢。在電脈沖輔助燒結(jié)過
程中，粉末顆粒之間的間隙和顆粒接觸部位存在由電場誘導(dǎo)產(chǎn)生的正負(fù)極
，在脈沖電流作用下，顆粒間發(fā)生間歇式快速放電，激發(fā)等離子體。在放
電產(chǎn)生的高能粒子的撞擊下，顆粒間的接觸部分（放電部位）產(chǎn)生局部高
溫，使該部位發(fā)生熔化和蒸發(fā)并形成“頸部”。隨著熱量向顆粒表面和四
周的傳遞，“頸部”快速冷卻而使得此處的蒸汽壓降低，形成蒸發(fā)一凝固
傳遞過程。通過重復(fù)施加脈沖電流，放電點(diǎn)在粉體顆粒間移動而迅速遍布
整個(gè)粉體。同時(shí)，在高溫和電場的作用下，體擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散得到加強(qiáng)，
加速了燒結(jié)的致密化；大脈沖電流能夠降低晶粒的形核勢壘，增加形核率
，從而導(dǎo)致晶粒細(xì)化。因此脈沖電流燒結(jié)能夠以較短的燒結(jié)時(shí)間制備高質(zhì)
量的燒結(jié)件，廣泛應(yīng)用于金屬間化合

  材料的載荷一裂紋張口位移( COD)曲線．NiAl金屬間化合物的載荷幾
乎呈直線上升，達(dá)到極大值后迅速下降，沒有觀察到穩(wěn)定的裂紋擴(kuò)展過程
。這說明NiAl在斷裂前幾乎沒有發(fā)生塑性變形。在測試的前期，NiAl材料
的COD曲線也近似呈直線上升，達(dá)到一定載荷后，COD曲線呈鋸齒狀。這說
明在裂紋擴(kuò)展過程中存在著裂紋的萌生與停止，即存在裂紋尖端和材料微
觀組織的相互作用。

  強(qiáng)度和塑性是材料的兩個(gè)對立的性能指標(biāo)，材料強(qiáng)度的提高通常是以
犧牲塑性為代價(jià)。脈沖電流燒結(jié)制備的亞微米晶NiAl材料在提高強(qiáng)度的同
時(shí)，其塑性和韌性也得到了很大的提高。這可以從材料的微觀結(jié)構(gòu)方面來
解釋，包括基體的晶粒尺寸、彌散相的外形及尺寸以及NiAI基體和顆粒的
界面等方面。
  晶粒細(xì)化能夠有效改善材料的韌性。在裂紋擴(kuò)展過程中，裂紋尖端遇
到晶界時(shí)將改變方向。細(xì)晶材料中的晶界較多，裂紋轉(zhuǎn)折次數(shù)也就較多，
消耗的能量較大，使裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力變大，因而裂紋不易擴(kuò)展；同時(shí)
，隨著晶粒細(xì)化，單個(gè)晶粒內(nèi)空位和位錯(cuò)將隨之減少，位錯(cuò)塞積的程度較
低，從而減少應(yīng)力集中，降低裂紋形成的概率。
  材料的斷裂韌性也受彌散相的影響。氧化鋁增強(qiáng)相和NiAI基體之間存
在熱膨脹系數(shù)和彈性模量的差異。冷卻過程中，材料內(nèi)部將不可避免產(chǎn)生
殘余應(yīng)力，這將對裂紋起到釘扎和偏轉(zhuǎn)的作用。當(dāng)裂紋尖端擴(kuò)展到氧化鋁
顆粒時(shí)，如果外加應(yīng)力不再增加，則裂紋就會在此處釘扎，不再繼續(xù)擴(kuò)展
；如果外加應(yīng)力繼續(xù)增大，裂紋擴(kuò)展可能有以下幾種途徑：一是裂紋穿過
氧化鋁顆粒，即彌散顆粒發(fā)生穿晶斷裂；二是裂紋向NiAI基體內(nèi)偏轉(zhuǎn)，這
可能會造成NiAl晶粒的穿晶斷裂；三是裂紋繞過氧化鋁顆粒，沿Al：03/Ni
AI的界面擴(kuò)展，即發(fā)生沿晶斷裂。無論裂紋以哪種方式擴(kuò)展，都需要消耗
額外的能量去克服阻力，從而起到增韌的作用。在擴(kuò)展過程中，裂紋總是
選擇克服能量最小的路徑擴(kuò)展。穿晶斷裂需要克服新生表面的表面能；

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