强磁场条件下Mn-Sb梯度复合材料的制备

研究了Mn-898wt%Sb合金在无磁场以及磁场为B=88 T、不同强度的磁场梯度作用下的凝固组织变化，并分析了上述不同强磁场条件对合金凝固组织影响的作用机理.研究表明，在较大梯度磁场作用时，试样中出现了初生MnSb相与Sb相以及共晶组织共存的现象，而且初生MnSb相与Sb相产生了明显的分层现象.此外，磁场梯度作用下初生MnSb相和Sb相的含量随着磁场梯度的增大而增加.论文对初生MnSb相和Sb相的分离机理进行了探讨，发现在梯度磁场作用下，熔融金属中不同磁化率的合金组元团簇受力不同，造成 关键词： 强磁场 Mn-Sb合金 磁化力 梯度功能材料     

强磁场条件下金属凝固过程中第二相的迁移行为

理论分析表明,第二相的迁移行为可以通过迁移速度进行表征.影响迁移速度的因素包括第二相和熔体的物理性质、磁场强度和梯度大小、第二相的形状和体积等因素.强磁场下洛伦兹力的效果为促进第二相在基体中的均匀分布,其效率在磁场强度大于某一定值时逐渐降低.在梯度强磁场条件下,第二相迁移行为和分布状态的主要控制参数是梯度磁场下的磁化力.在磁场梯度较小时,因洛伦兹力的制约磁化力控制第二相迁移的效果不明显,随着磁场梯度的增加,磁化力的作用效果逐渐增强.通过研究强磁场下Al-Si合金、Al-Ni合金中原位自生第二相的迁移行为实 关键词： 强磁场 迁移 第二相 凝固     

强磁场条件下Mn-Sb梯度复合材料的制备

研究了Mn-898wt%Sb合金在无磁场以及磁场为B=88 T、不同强度的磁场梯度作用下的凝固组织变化，并分析了上述不同强磁场条件对合金凝固组织影响的作用机理.研究表明，在较大梯度磁场作用时，试样中出现了初生MnSb相与Sb相以及共晶组织共存的现象，而且初生MnSb相与Sb相产生了明显的分层现象.此外，磁场梯度作用下初生MnSb相和Sb相的含量随着磁场梯度的增大而增加.论文对初生MnSb相和Sb相的分离机理进行了探讨，发现在梯度磁场作用下，熔融金属中不同磁化率的合金组元团簇受力不同，造成     

强磁场对铝合金中溶质组元分布状态的影响效果

合金中溶质组元的组织形态和分布对于改善合金的组织和性能具有重要意义.本文研究了铝合金在强磁场作用下的凝固行为,考察了Al-Cu，Al-Mg合金中溶质组元的相形态、分布状况随高强度均恒磁场和梯度磁场的强度和方向变化的规律.研究发现，由于Cu元素和Mg元素的物性不同导致其在基体中受到的电磁力不同，在均恒磁场作用下，铝合金中Cu元素和Mg元素在α-Al基体晶粒内和晶界上的分布变化规律相反；在梯度磁场作用下，Cu元素和Mg元素在铝基体中含量和分布状态也有显著的差异.本研究为利用强磁场有效控制不同物性的溶质元素在合金基体中组织状态和分布提供了实验依据. 关键词： 强磁场 铝合金 溶质元素分布 凝固组织 凝固过程     

过共晶铝硅合金电磁分离粗硅机理再讨论

本文通过试验和分析发现当前存在的两种关于初晶硅从过共晶铝硅合金中分离初晶硅的机理存在一定缺陷。通过配置ω(Si)=0.45的过共晶铝硅合金在3 kHz感应炉中精炼冶金级硅后以10μm·s-1速度进行定向凝固,得到试验所需的样品图。同时,为了探究在精炼过程以及下拉过程中初晶硅的富集情况,采取不同下拉距离以及淬火的方式探究在定向凝固前期过程中初晶硅的赋存状态.通过金相显微镜观察各种条件下初晶硅的赋存状态。利用相图分析出铝硅熔体在定向凝固过程中的性质。同时,使用商业软件COMSOL Multiphysics对过程中的温度场、流场以及磁场分布进行模拟.对分离机理做了更加完善的解释。     

强梯度磁场下金属熔体中析出相晶粒迁移的动力学研究

建立了梯度磁场下金属熔体中晶粒迁移的一般动力学模型，导出了磁场对导电熔体黏度的影响规律，得到了迁移速度的解析解和迁移距离的分析解.导电熔体的有效黏度随磁场强度的平方成线性递增关系.迁移速度达到终极速度的时间为10^-3s数量级.终极速度随着磁场强度的增加而迅速减小，表明强磁场对晶粒迁移有抑制作用.迁移距离和迁移率与磁场分布密切相关.为观察初晶硅的迁移状况，将Al-18wt%Si合金在650℃保温60min后，施加强梯度磁场（B_z=5 T，B_zdB_z/dz=-224T²·m^-1）对熔体作用不同时间并淬火，结果表明，晶粒半径大于等于40μm的初晶硅在120s内大部分完成迁移，与理论计算符合. 关键词： 强梯度磁场 析出相 迁移 刚体动力学     

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下，直径为10 mm Al-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明：在功率超声作用下，铸坯的凝固组织得到了细化，Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高，溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散，结晶温度间隔，液穴形态，温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发，尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 功率超声 水平连铸 Al-1%Si合金 溶质偏析     

强磁场作用下Cu熔体中富Fe颗粒的迁移与排列

凝固界面前沿颗粒间的相互作用决定了颗粒的运动轨迹、分布和材料的性能,控制熔体中颗粒的迁移可用于材料的净化和提纯.在Cu-30%Fe合金液固两相区施加不同的强磁场条件,富Fe颗粒的分布和排列不尽相同.当无强磁场作用时,富Fe颗粒较均匀地分布在Cu熔体中;随着施加稳恒强磁场磁感应强度的增加,富Fe颗粒向远离重力方向的试样上端迁移,样品底部几乎无富Fe颗粒;而施加向下的梯度磁场作用后,富Fe颗粒沿重力方向向下迁移.结合强磁场作用下颗粒的受力情况,分析了Fe颗粒的迁移行为.不同磁场条件和不同区域的颗粒直径统计分析表明,随磁感应强度增加,Fe颗粒聚合增加,但施加梯度强磁场后颗粒的团聚又逐渐减弱,对此从影响颗粒运动的Stokes和Marangoni凝并速度进行了讨论.从能量最低的角度解释了富Fe相沿平行磁场方向的取向排列.     

深过冷液态Al-Ni合金中枝晶与共晶生长机理

在自由落体条件下实现了液态Al-4 wt.%Ni亚共晶、Al-5.69 wt.%Ni共晶和Al-8 wt.%Ni过共晶合金的深过冷与快速凝固. 计算表明, (Al+Al₃Ni)规则纤维状共晶的共生区是4.8–15 wt.%Ni成分范围内不闭合区域, 且强烈偏向Al₃Ni相一侧. 实验发现, 随液滴直径的减小, 合金熔体冷却速率和过冷度增大, (Al)和Al₃Ni相枝晶与其共晶的竞争生长引发了Al-Ni 共晶型合金微观组织演化. 在快速凝固过程中, Al-4 wt.%Ni亚共晶合金发生完全溶质截留效应, 从而形成亚稳单相固溶体. 当过冷度超过58K时, Al-5.69 wt.%Ni 共晶合金呈现从纤维状共晶向初生(Al) 枝晶为主的亚共晶组织演变. 若过冷度连续增大, Al-8 wt.%Ni过共晶合金可以形成全部纤维状共晶组织, 并且最终演变为粒状共晶.     

强磁场对Mn-Sb包晶合金相变及凝固组织的影响

以Mn-56.5 wt%Sb包晶合金为研究对象, 进行了不同磁场、不同冷速条件下的凝固实验. 通过对液相线温度、包晶温度的考察, 发现强磁场可以提高Mn-56.5 wt%Sb合金的液相线温度, 且该上升值随磁感应强度的增加而增加, 当所施加的磁感应强度为11.5 T时, 液相线温度升高大约3 ℃, 但施加磁场后包晶反应温度没有明显改变. 对该合金的凝固组织进行定量金相分析发现, 施加磁场后MnSb相明显减少, 该结果与磁场对相变温度的影响相一致. 另外通过X射线衍射分析发现, 强磁场诱发包晶反应生成相MnSb的c轴垂直于磁场方向取向, 而Mn₂Sb相的(311)面平行于磁场方向取向. 对不同冷速凝固的Mn-56.5 wt%Sb合金组织进行定量金相分析结果显示, 强磁场对合金凝固过程的作用效果受到冷却速度的影响. 随着冷却速度的增加, 强磁场对该合金凝固组织中MnSb相的相对含量变化影响效果减弱. 关键词： 强磁场 包晶合金 凝固 相变温度     

磁场诱导制备Bi-Mn合金的结构和低温磁性研究

系统研究了在外加诱导磁场下制备的Bi-Mn 6%合金的结构和低温磁特性.结果表明,在外加诱导磁场下制备的Bi-Mn 6%合金呈现典型的双相结构和各向异性特征,MnBi相c轴沿外加诱导磁场方向定向排列.发现MnBi相的矫顽力随温度的升高而增大,而饱和磁化强度则随温度的升高而减小.MnBi相的自旋重定向温度TSR随测量磁场的增大逐渐向低温区移动,在高的外加测量磁场下这种自旋重定向特征消失,发现了TSR随外加诱导制备磁场的增大而逐渐向高温区移动.对磁场诱导制备织构化MnBi相和该类材料磁各向异性能的物理机制进行了分析和讨论.     

Controlling mechanical and physical properties of Al-Si alloys by controlling grain size through grain refinement and electromagnetic stirring

The present study concerns the influence of a travelling magnetic field (TMF) on the hardness, tensile strength and electrical conductivity of directionally solidified grain-refined and non-refined Al-7 wt.% Si alloys. Upwards and downwards travelling fields have been applied to force convection within the solidifying melt. Modifications of the examined physical and mechanical properties depend on the formation of a fine equiaxed structure caused by both the addition of grain refining AlTi5B1-particles and by electromagnetic stirring as well. Electromagnetic stirring without grain refining particles leads to an increase in tensile strength. The addition of grain refiners into the melt leads to the highest reduction of the mean grain size and results in a decrease in electrical conductivity. A melt stirring by a sufficiently high magnetic field provides a homogeneous grain size distribution in the sample volume which impacts the distribution of hardness, tensile strength and electrical conductivity.     

诱导磁场对Bi-Mn合金微观结构与磁性的影响

用x射线衍射和低温磁测量方法，系统研究了在外加诱导磁场下制备的Bi Mn合金的微观结构和磁性.结果表明，在外加诱导磁场下制备的Bi Mn wt6%合金呈现典型的双相结构和各向异性特征，MnBi相c轴沿外加诱导磁场方向取向排列.随外加诱导磁场的增大，剩余磁化强度Mr逐渐增大，这说明MnBi相的取向程度越来越好.发现MnBi相的自旋重取向温度TSR随外加诱导磁场的增大逐渐向高温区移动.对外加诱导磁场影响Bi Mn wt6%合金的微观结构和磁性以及该类材料磁各向异性能的物理机理进行了分析和讨论. 关键词： 磁场诱导 Bi Mn合金 MnBi相 定向排列     

Microstructural evolution during containerless rapid solidification of Co-Si alloys

The Co-12%Si hypoeutectic, Co-12.52%Si eutectic and Co-13%Si hypereutectic alloys are rapidly solidified in a containerless environment in a drop tube. Undercoolings up to 207K (0.14T_E) are obtained, which play a dominant role in dendritic and eutectic growth. The coupled zone around Co-12.52%Si eutectic alloy has been calculated, which covers a composition range from 11.6 to 12.7%Si. A microstructural transition from lamellar eutectic to divorced eutectic occurs to Co-12.52%Si eutectic droplets with increasing undercooling. The lamellar eutectic structure of the Co-12.52%Si alloy consists of εCo and Co_3Si phases at small undercooling. The Co_3Si phase cannot decompose completely into εCo and αCo_2Si phases. As undercooling becomes larger, the Co_3Si phase grows very rapidly from the highly undercooled alloy melt to form a divorced eutectic. The structural morphology of the Co-12%Si alloy droplets transforms from εCo primary phase plus lamellar eutectic to anomalous eutectic, whereas the microstructure of Co-13%Si alloy droplets experiences a `dendritic to equiaxed' structural transition. No matter how large the undercooling is, the εCo solid solution is the primary nucleation phase. In the highly undercooled alloy melts, the growth of εCo and Co_3Si phases is controlled by solutal diffusion.     

Surface modification of Al-20Si alloy by high current pulsed electron beam

Hypereutectic Al-20Si (Si 20 wt.%, Al balance)alloy surface was treated with high current pulsed electron beam (HCPEB) under different pulse numbers. The results indicate that HCPEB irradiation induces the formation of metastable structures on the treated surface. The coarse primary Si particle melts, producing a “halo” microstructure with primary Si as the center on the melted surface. A supersaturated solid solution of Al is formed in the melted layer caused by Si atoms dissolving into the Al matrix. Cross-section structure analysis shows that a 4 μm remelted layer is formed underneath the top surface of the HCEPB-treated sample. Compared with the matrix, the Al and Si elements in the remelted layer are distributed uniformly. In addition, the grains of the Al-20Si alloy surface are refined after HCPEB treatment, as shown by TEM observation. Nano-silicon particles are dispersed on the surface of remelted layer. Polygonal subgrains, approximately 50-100 nm in size, are formed in the Al matrix. The hardness test results show that the microhardness of the α(Al) and eutectic structure is increased with increasing pulse number. The hardness of the “halo” microstructure presents a gradient change after 15 pulse treatment due to the diffusion of Si atoms. Furthermore, hardness tests of the cross-section at different depths show that the microhardness of the remelted layer is higher than that of the matrix. Therefore, HCPEB technology is a good surface modification method for enhancing the surface hardness of hypereutectic Al-20Si alloy.     

Structure and mechanical properties of Al-Si(Ge) alloys upon melt centrifugation and quenching

The structures of eutectic binary Al-12.7 at. % Si and Al-29.7 at. % Ge alloys and a ternary Al-10 at. % Si-10 at. % Ge alloy produced by quenching levitated melts or through solidification either in the presence or in the absence of a centrifugal acceleration of 7g are studied. Centrifugation is found to cause an increase in the silicon content in the Al-Si alloy in the direction opposite to the direction of centrifugal acceleration and an increase in the germanium content in the Al-Ge alloy in the direction of centrifugal acceleration. These differences are explained by the fact that the densities of silicon and germanium clusters and solidification centers differ from the liquid-phase density at temperatures of solidification. The related changes in the values of the Young’s modulus and in the stress-strain curves can be due to sedimentation-induced changes in the composition of samples cut from the middle part of an ingot. The processes of decomposition and recovery are shown to have a substantial effect on the elastic moduli of these alloys.