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快速凝固技术
一、金属快速凝固的概念
在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要
的影响。
快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态
转变为固态的过程。
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常规工艺下金属的冷却速度一般不会超过10℃/S。例如：大型砂型铸件及铸锭凝固时的冷却
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速度约为：10~10℃/S；中等铸件及铸锭约为10~10℃/S；薄壁铸件、压铸件、普通雾化约为
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10~10℃/S。
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快速凝固的金属冷却速度一般要达到10~10℃/S。经过快速凝固的合金，会出现一系列独特
的结构与组织现象。1960年美国加州理工学院Duwez等人采用一种特殊的熔体急冷技术，首次使
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液态合金在大于10℃/S的冷却速度下凝固。他们发现，在这样快的冷却速度下，本来是属于共晶
系的Cu-Ag合金中，出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge合金系中，出现了新的亚稳相；
而共晶成分Au-Si(XSi=25%)合金竟然凝固为非晶态的结构，因而可称为金属玻璃。这些发现，在
世界物理冶金和材料科学工作者面前展现了一个新的广阔的研究领域。
二、快速凝固方法及传热特点
、快速凝固1方法
(1)气枪法(guntechnique)。如图5-22所示，这种方法的基本原理是将熔解的合金液滴，在高
压(50atm)惰性气体流(如Ar或He)的突发冲击作用下，射向用高导热率材料(经常为纯铜)制
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成的急冷衬底上，由于极薄的液态合金与衬底紧密相贴，因而获得极高的冷却速度(10℃
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/S)。这样得到的是一块多孔的合金薄膜，其最薄的厚度小于0.5~1.0μm(冷速达10℃/S)。
Duwez等人首次获得熔体急冷合金时，使用的就是这种方法。目前在某些实验室研究工作中，这
种方法仍被使用。
(2)旋铸法(chillblockmelt-spinning)。如图5-23所示，旋铸法是将熔融的合金液自钳锅底孔射
向一高速旋转的、以高导热系数材料制成的辊子表面。由于辊面运动的线速度很高(30~50
m/s)，故液态合金在辊面上凝固为一条很薄的条带(厚度不到15-20μm左右)。合金条带在凝固时
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是与辊面紧密相贴的，因而可达到(10~10℃/S)的冷却速度。显然，辊面运动的线速度越高，合
金液的流量越大，则所获得的合金条带就越薄，冷却速度也就越高。用这种方法可获得连续、致
密的合金条带。不但可以方便地用于各种物理、化学性能的测试，而且可以作为生产快速凝固合
金的工艺方法来使用，目前己成为制取非晶合金条带较为普遍采用的一种方法。
(3)工作表面熔化与自淬火法(surfacemeltingandself-quenching)。见图5-24，用激光束或电子
束扫描工件表面，使表面极薄层的金属迅速熔化，热量由下层基底金属迅速吸收，使表面层(10
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μm）在很高的冷却速度(10℃/S)下重新凝固。这种方法可在大尺寸工件表面获得快速凝固层，
是一种具有工业应用前景的技术。
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(4)雾化法(atomization)。见图5-25，普通雾化法其冷却速度不超过10~10℃/S。为加快冷
却速度，采取冷却介质的强制对流，使合金液在N、Ar、He等气体的喷吹下，雾化凝固为细
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