電流燒結是在自阻加熱技術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
脈沖電流燒結是在自阻加熱技術基礎上發展起來的一種新型快速燒結
技術。該技術通過在粉體兩端施加脈沖電流和軸向壓
力實現燒結。與傳統的燒結方法相比，電脈沖輔助燒結除利用焦耳熱和加
壓產生的塑性流動來促進燒結之外，還有效地利用了粉末間的電脈沖放電
促進燒結。具有燒結時間短、燒結溫度低的優點，所制備的材料晶粒細小
、致密度高，在制備細晶材料方面具有極大的優勢。在電脈沖輔助燒結過
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產生的正負極
，在脈沖電流作用下，顆粒間發生間歇式快速放電，激發等離子體。在放
電產生的高能粒子的撞擊下，顆粒間的接觸部分（放電部位）產生局部高
溫，使該部位發生熔化和蒸發并形成“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，形成蒸發一凝固
傳遞過程。通過重復施加脈沖電流，放電點在粉體顆粒間移動而迅速遍布
整個粉體。同時，在高溫和電場的作用下，體擴散和晶界擴散得到加強，
加速了燒結的致密化；大脈沖電流能夠降低晶粒的形核勢壘，增加形核率
，從而導致晶粒細化。因此脈沖電流燒結能夠以較短的燒結時間制備高質
量的燒結件，廣泛應用于金屬間化合
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，達到極大值后迅速下降，沒有觀察到穩定的裂紋擴展過程
。這說明NiAl在斷裂前幾乎沒有發生塑性變形。在測試的前期，NiAl材料
的COD曲線也近似呈直線上升，達到一定載荷后，COD曲線呈鋸齒狀。這說
明在裂紋擴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。
強度和塑性是材料的兩個對立的性能指標，材料強度的提高通常是以
犧牲塑性為代價。脈沖電流燒結制備的亞微米晶NiAl材料在提高強度的同
時，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構方面來
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。
晶粒細化能夠有效改善材料的韌性。在裂紋擴展過程中，裂紋尖端遇
到晶界時將改變方向。細晶材料中的晶界較多，裂紋轉折次數也就較多，
消耗的能量較大，使裂紋擴展的臨界應力變大，因而裂紋不易擴展；同時
，隨著晶粒細化，單個晶粒內空位和位錯將隨之減少，位錯塞積的程度較
低，從而減少應力集中，降低裂紋形成的概率。
材料的斷裂韌性也受彌散相的影響。氧化鋁增強相和NiAI基體之間存
在熱膨脹系數和彈性模量的差異。冷卻過程中，材料內部將不可避免產生
殘余應力，這將對裂紋起到釘扎和偏轉的作用。當裂紋尖端擴展到氧化鋁
顆粒時，如果外加應力不再增加，則裂紋就會在此處釘扎，不再繼續擴展
；如果外加應力繼續增大，裂紋擴展可能有以下幾種途徑：一是裂紋穿過
氧化鋁顆粒，即彌散顆粒發生穿晶斷裂；二是裂紋向NiAI基體內偏轉，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的界面擴展，即發生沿晶斷裂。無論裂紋以哪種方式擴展，都需要消耗
額外的能量去克服阻力，從而起到增韌的作用。在擴展過程中，裂紋總是
選擇克服能量最小的路徑擴展。穿晶斷裂需要克服新生表面的表面能；
