一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，包括如下步骤：步骤1：选取待反应的异种金属，对金属表面进行研磨、抛光处理；步骤2：将步骤1所述异种金属块体清洗并干燥后，压紧两异种金属样品的接触面，使两异种金属样品待连接面接触并反应，并通过放电等离子烧结(SPS)或直流电源设备对两异种金属样品界面在反应过程中施加直流电；步骤3：等到达预设的反应时间后，停止施加电流，对反应体系进行降温处理。本发明专利技术在异种金属固固界面反应过程中，通过施加强直流电，诱导固固反应生成的金属间化合物晶粒沿某一晶向择优生长，为制备强织构化多晶金属材料提供了一种新的方法。种新的方法。种新的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法


[0001]本专利技术涉及一种外场辅助调控组织的方法，具体涉及一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法。

技术介绍

[0002]具有择优取向的金属材料因其特殊的各向异性性能，在光、电、磁等领域具有重要应用，但其制备技术却一直是困扰材料界的难题。目前，制备具有择优取向多晶金属材料的方法有定向凝固、提拉法等，但这些方法生长周期长、效率低。
[0003]近年来，外场辅助调控材料组织技术越来越受到重视，其中强电流辅助调控金属材料微观组织结构的研究引起了学术界的广泛兴趣。强电流往往能够赋予材料特殊的微观组织和精细结构。大量的研究发现，在金属材料扎制、凝固、热处理等过程中施加高强电流的，其织构均发生显著变化。如有学者发现，在冷轧过程中施加脉冲电流，Fe
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Si钢织构会发生转变。有报道发现，冷轧后的退火处理时施加一定的电流，利于面向立方金属中立方织构的形成。研究表明，直接利于用脉冲电流处理钛合金，其织构组分与未用脉冲电流处理的合金区别明显。最近，有学者发现关于高电流密度作用下Cu/Sn/Cu界面化合物(Cu3Sn、Cu6Sn5)的生长取向与电流方向密切相关，金属间化合物在电流作用下沿某一晶面定向生长。这些研究，为电场辅助调控材料晶体取向提供了一条新思路。通过外场辅助调控金属材料中晶体生长取向，这无疑将大大降低择优取向多晶金属材料制备的技术难度。

技术实现思路

[0004]基于目前外场辅助调控晶体择优生长技术的空缺，本专利技术提供了一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，具体包括以下内容：
[0005]一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，其特征在于，通过放电等离子烧结SPS或直流电源设备对金属固相界面在反应过程中施加直流电，诱导金属界面的晶体择优生长，最终获得具有择优生长取向的材料。
[0006]具体地，包括如下步骤：
[0007]步骤1：选取待反应的异种金属，对金属表面进行研磨、抛光处理；
[0008]步骤2：将步骤1所述异种金属块体清洗并干燥后，压紧两异种金属样品的接触面，使两异种金属样品待连接面接触并反应，并通过放电等离子烧结SPS或直流电源设备对两异种金属样品界面在反应过程中施加直流电；
[0009]步骤3：等到达预设的反应时间后，停止施加电流，对反应体系进行降温,直至冷却至室温。
[0010]具体地，在所述步骤2中，首先将步骤1所述的异种金属样品清洗并干燥后，相互叠加放入石墨模具中组成扩散偶，使用模具中的上下压头压紧样品，保证两个样品的待连接面接触，并使两样品的接触面对准石墨模具的测温孔，利用红外测温仪通过测温孔测量界面处的温度；然后将石墨模具放入SPS炉中，打开真空泵使炉内真空度不高于10Pa，设置两
金属样品的固相反应参数：两金属样品接触面压力15MPa
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40MPa，炉内升温速度50℃/min
‑
200℃/min，升温至设定的保温温度后停止升温，保温温度500℃
‑
1800℃，保温时间为10min
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120min，设置好参数后，开始通入电流。
[0011]具体地，在所述步骤2中，首先将步骤1所述的异种金属样品清洗并干燥后，相互叠加组成扩散偶，保证两个样品的待连接面接触；然后对所述扩散偶进行0.5min
‑
2min预压处理，使扩散偶连接；再将所述扩散偶放入充入了保护气的加热设备内加热至一定温度后保温，并在所述扩散偶的两端通入直流电。
[0012]具体地，采用热压设备或SPS设备对所述扩散偶进行预压处理。
[0013]具体地，所述加热设备为管式炉，所述保护气为氩气。
[0014]具体地，所述加热设备的加热速率为50℃/min
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200℃/min，保温温度为500℃
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1800℃，保温时间为10min
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120min。
[0015]具体地，所述直流电的电流密度100A/cm2‑
5000A/cm2，电压1V
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12V，通电时间5min
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120min。
[0016]具体地，所述异种金属样品为W/Co、Cu/Al、Ti/Ni、Ti/Al或Fe/Al。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术在异种金属固固界面反应过程中，通过施加强直流电，诱导固固反应生成的金属间化合物晶粒沿某一晶向择优生长。即在强电流作用下的异种金属界面固相反应生成的金属间化合物晶体晶粒，具有首先沿着某一特定取向优先生长的特性，并最终得到完全取向高度一致的择优取向组织。为制备强织构化多晶金属材料提供了一种新的方法。
附图说明
[0018]图1为实施例1采用SPS及传统热压烧结炉处理的W/Co高温固相反应界面组织；
[0019]图1(a)为W/Co高温固相反应界面EBSD相分布图；
[0020]图1(b)为W/Co高温固相反应界面晶粒取向图；
[0021]图1(c)为W/Co高温固相反应界面取向的反极图；
[0022]图2为实施例2采用SPS及传统热压烧结炉处理的Cu/Al高温固相反应界面组织及EBSD取向图；
[0023]图3为实施例3采用稳压直流电源处理的W/Fe高温固相反应装置图及界面组织图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图1
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3和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的
技术实现思路
起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的专利技术的解决方案所必需的。
[0025]实施例1
[0026]以工业纯钨片和高纯钴片作为原材料,将其加工成厚3mm、直径20mm的圆片。将圆片分别用600#、800#、1500#和2000#砂纸打磨，并用无水乙醇洗净后烘干待用。将W、Co圆片的被焊表面用3000#砂纸打磨去除表面氧化膜后，相互叠合在一起进行扩散反应。采用德国FCT公司放电等离子烧结炉(HP D25，FCT Systeme GmbH，Rauenstein)，打开真空泵使炉内真空度不高于10Pa，设置样品间压力为15MPa，炉内升温速率为100℃/min，固相反应温度设
置为1000
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1200℃，保温时间分别为10、30、60和90min。为了对比传统加热方式下的W、Co固相反应组织，采用传统的气氛炉在相同的温度下对W/Co进行处理。
[0027]经过固相反应后试样切割成所需大小,制备成金相试样。采用EBSD表征扩散界面金属间化合物相晶体取向。结果如图1所示，经过SPS强电流处理后的W/Co界面形成的固固反应层晶粒均为柱状晶，与传统高温气氛炉无电流作用下形成的反应组织无规则晶粒完全不同。此外，通过EBSD表征发现，SPS电流作用下反应形成的具有显著的择优生长取向，其在X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，其特征在于，通过放电等离子烧结SPS或直流电源设备对金属固相界面在反应过程中施加直流电，诱导金属界面的晶体择优生长，最终获得具有择优生长取向的材料。2.根据权利要求1所述的一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选取待反应的异种金属，对金属表面进行研磨、抛光处理；步骤2：将步骤1所述异种金属块体清洗并干燥后，压紧两异种金属样品的接触面，使两异种金属样品待连接面接触并反应，并通过放电等离子烧结SPS或直流电源设备对两异种金属样品界面在反应过程中施加直流电；步骤3：等到达预设的反应时间后，停止施加电流，对反应体系进行降温,直至冷却至室温。3.根据权利要求2所述的一种利用电场辅助控制金属固相反应组织生长取向的方法，其特征在于，在所述步骤2中，首先将步骤1所述的异种金属样品清洗并干燥后，相互叠加放入石墨模具中组成扩散偶，使用模具中的上下压头压紧样品，保证两个样品的待连接面接触，并使两样品的接触面对准石墨模具的测温孔，利用红外测温仪通过测温孔测量界面处的温度；然后将石墨模具放入SPS炉中，打开真空泵使炉内真空度不高于10Pa，设置两金属样品的固相反应参数：两金属样品接触面压力15MPa
‑
40MPa，炉内升温速度50℃/min
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200℃/min，升温至设定的保温温度后停止升温，保温温度500℃
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1800℃，保温时间为10min
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120min，设置好参数后，开始通入电流。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓声华，李瑞迪，袁铁锤，谢思遥，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：