针对预合金铝粉的特性，提出了一种新的低压烧结工艺，并分析了其可行性。在本研究中，低压设定为0.1 MPa。同时，将0 MPa和10 MPa设为对照组。以气雾化2024铝粉为原料，比较了在两个代表性温度（525°C和575°C）下三个数量级压力（0 MPa、0.1 MPa和10 MPa）下烧结的试样的微观结构和拉伸性能。结果表明，无压烧结（0 MPa）难以使预合金铝粉致密化，但低压烧结可以。由于在超固相线温度下形成的液相被挤出，低压烧结过程中在后续热处理中起重要作用的合金元素如铜和镁的损失明显小于10 MPa。在0.1兆帕下于575℃烧结的铝的密度为2.732克/厘米3极限抗拉强度为228.16 MPa，塑性为12%，实现了塑性和强度的良好平衡。这些发现将为铝粉末冶金的工业化带来新的见解。
1导言
铝及其合金因其诱人的特性而成为最常用的轻金属【1】。由于航空航天和汽车制造领域的旺盛需求，开发铝合金的应用潜力一直是人们关注的焦点。作为一种先进的铝合金制造技术，粉末冶金具有独特的特点:灵活的成分设计、结构上不同于铸造金属的特殊材料以及近净成形的成本优势。基于这些，铝粉末冶金（APM）技术非常适合制造铝基复合材料和梯度材料。Rahimian等人【2】研究了温度、时间和粒度对铝–铝制备的影响2O3通过粉末冶金。Sun等人【3】采用粉末冶金技术制备SiC增强纯铝复合材料。通过粉末冶金法制备了氧化石墨烯增强的铝复合材料【4】。显然，先进制造技术将成为传统铝合金工业的突破口。
尽管APM具有独特的性能，但由于目前不尽如人意的APM技术，APM的产业化发展被严重推迟【5】。主流的APM工艺分为以元素混合粉末为原料的液相烧结【5】和预合金粉末热压。尽管液相烧结简单且经济，但烧结部件的机械性能较差，通常无法用于工业产品，工业产品严重依赖后续加工。Boland等人【6】提到，由于机械性能范围相对较窄，商用APM受到限制。Sweet等人【7】使用粉末锻造来改善APM的机械性能。
作为APM的另一种选择，通过热压制造的部件具有与铸铝相似的微观结构和机械性能，具有接近全密度和良好的机械性能。然而，不可避免的问题是目前APM的热压工艺总是需要高加载压力（》10 MPa）以确保高密度。Cooke等人【8】使用放电等离子烧结（SPS）在550℃下在50兆帕下烧结含0.4% Sc的铝粉。相应铝的相对密度大于99。5 %，抗拉强度为226兆帕；Khalil等人【9】优化了6061铝和2124铝的SPS工艺，并确认最佳工艺参数为450°C和35 MPaWang等人【10】采用热等静压（HIP）在580°C、130 MPa下压制3小时，获得了密度为98.9%、抗拉强度为324 MPa的烧结铝合金。
上述所有关于铝粉热压的情况都依赖于复杂且昂贵的烧结设备，但是它们的低生产效率不能满足现代工业生产需求。它完全抵消了粉末冶金作为近净成形技术的成本优势，导致目前的APM无法对传统铝工业形成显著优势。实际上，对于一些形状简单和尺寸小的铝基部件，不需要很高的加载压力。换句话说，复杂的液压系统可以由大重量的重力代替，这是一种低压状态，可能适合在网带炉中自动生产。这种方法将大大提高APM的生产效率并显著降低生产成本。然而，迄今为止，关于铝粉在低压下烧结的研究很少。
本研究的目的是对铝粉低压烧结进行可行性分析，以期为粉末冶金工业开辟一个新的领域。在本研究中，无压烧结（0 MPa）和10 MPa压力烧结被设置为对照组。选择10 MPa的原因是它与APM的主流热压中使用的压力具有相同的数量级。同时，低压被设置为0.1 MPa，这比10 MPa低两个数量级，并且容易通过大重量实现。系统地比较了在三种不同压力（0 MPa、0.1 MPa和10 MPa）下烧结的铝合金的显微组织和拉伸性能，以评估用于APM的低压烧结。
2实验性
2.1原材料
本研究采用长沙天九公司生产的2024Al氮雾化粉末为原料，其化学成分列于表1。图1显示了原样粉末的形态、横截面微观结构、差示扫描量热法（DSC）曲线和粒度分布。雾化粉末接近球形，其中一些粉末在熔滴固化过程中相互粘结在一起（图1a）。如图1b所示，横截面微观结构由枝晶和胞状晶体组成，这是典型的快速凝固特征。根据枝晶晶体中（A点）和枝晶边界处（B点）的能量色散谱仪（EDS）的结果，粉末中的Cu和Mg合金元素主要富集在枝晶边界处。图1c显示了通过耐驰STA 449F3集成热分析仪分析的2024Al粉末的DSC曲线。可以看出，在507℃出现一个小的吸热峰，对应于主吸热峰峰值的温度为648℃，该温度也是该预合金粉末的熔点。在507℃出现的小吸热峰表明在加热过程中存在相变。根据相图【7】，相变实际上对应于共晶反应，这导致铝中液相的形成。因此，收到的粉末的固相线为507℃。图1d显示了粉末颗粒的粒度分布，平均粒度Dv50为68。7 μm