鋁合金熔體磁約束原子擴(kuò)散行為研究.pdf

1、金屬材料的性能不僅決定于特定的鑄造工藝，而且與金屬熔體的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)息息相關(guān)。原子擴(kuò)散系數(shù)和粘度作為金屬熔體的重要物理參數(shù)，對晶核的形成、晶體的長大、凝固組織的形貌和分布產(chǎn)生重要的影響，并且兩者對金屬熔體的成分、溫度、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、外加場表現(xiàn)出高度的敏感性，因此可以作為研究金屬熔體的有效途徑。磁場能夠以非接觸式方式影響金屬材料形成的各個過程，盡管在短短半個世紀(jì)里得到快速發(fā)展和應(yīng)用，并成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，但目前磁場下金屬熔體基本物理性

2、質(zhì)的系統(tǒng)研究報(bào)道較少。
　　本文選取Al-Si合金為研究對象，利用磁場高溫熔體擴(kuò)散儀研究了外加磁場對Al-5 at.％ Si/Al熔體互擴(kuò)散行為的影響。發(fā)現(xiàn)橫向磁場能夠有效地抑制熔體的互擴(kuò)散過程，阻礙了Si組元的遷移。遲滯的原子擴(kuò)散歸因于:磁場條件下，濃度差引起的化學(xué)勢不平衡誘導(dǎo)了熔體內(nèi)生霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生，同時在洛倫茲力的作用下，原子的遷移受到約束。針對這一非常規(guī)的動力學(xué)行為，我們建立了磁約束原子擴(kuò)散模型，并提出了修正的菲克第二定律

3、對其定量描述。
　　利用磁場高溫熔體粘度儀研究了外磁場下Al-Si合金熔體的宏觀粘滯特性，發(fā)現(xiàn)隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，金屬熔體粘度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成比例關(guān)系逐漸增大。進(jìn)而研究了外磁場下抗磁性元素Cu和鐵磁性元素Ni對鋁熔體粘度的影響，發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度小于1000 G時，Al-Si、Al-Cu、Al-Ni熔體粘度并沒有顯著的差異，但超過1000 G后，Al-Ni熔體的粘度急劇增大，這與Al-Ni熔體較強(qiáng)的原子間相互作用力有關(guān)。

4、　　針對Al-In、Al-Bi不混溶合金中第二相快速的擴(kuò)散增長和團(tuán)聚問題提出了可行性措施，通過引入TiC粒子實(shí)現(xiàn)了對第二相嚴(yán)重沉淀過程的控制。
　　Al-30 wt.％ In、Al-20wt.％Bi不混溶合金顯示了不同的相分離行為。在Al-30 wt.％ In不混溶合金中，Al相和In相交錯分布并形成大的Al-In聚集體，Al相呈不規(guī)則塊狀分布，In相分布在Al相之間。而在Al-20 wt.％ Bi不混溶合金中，Bi相呈孤立的小球

5、分布在鋁基體上。
　　向Al-In、Al-Bi高溫熔體中添加TiC粒子能夠有效地抑制其相分離過程，得到均勻的凝固組織。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，懸浮在高溫熔體中的TiC粒子阻礙了不混溶區(qū)間第二相(In、Bi)的擴(kuò)散增長和聚合，從而有效地抑制了第二相的進(jìn)一步沉降，并且，改變TiC粒子的含量可以調(diào)控第二相的尺寸和形貌:當(dāng)添加足量的TiC粒子時，第二相呈微米級彌散分布在鋁基體上;降低TiC粒子含量，第二相呈現(xiàn)毫米級的聚集體或球狀相。通過TiC粒子改良之