電磁場中金屬凝固界面前沿顆粒行為及分布的研究.pdf

1、在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、純凈金屬的制備以及合金凝固過程中,顆粒在凝固界面前沿的行為--被推斥或被吞沒,對材料的最終性能產(chǎn)生重要的影響,因此顆粒在凝固界面前沿的行為是一個(gè)非?；A(chǔ)的問題.自二十世紀(jì)六十年代以來,許多研究者致力于這種現(xiàn)象的研究,期望找出影響顆粒行為的主導(dǎo)因素,進(jìn)而控制顆粒的行為和分布.但是由于過程涉及的參數(shù)太多,至今為止,尚不能人為地改變顆粒在凝固界面前沿的行為,主要原因是無法控制顆粒受力情況.本文從理論和實(shí)驗(yàn)的角度,對金

2、屬凝固界面前沿顆粒的行為和分布展開了研究.綜合評述了電磁力場對凝固界面前沿顆粒行為影響的熱力學(xué)和動力學(xué)條件,并探討了影響顆粒被推斥或被吞沒行為的動力學(xué)參數(shù);搭建了電磁場下定向凝固裝置;探討了電磁場耦合定向凝固過程中,顆粒再分配系數(shù)與電磁力的定量關(guān)系.從理論上指出,控制電磁力周期及凝固參數(shù)可制備出顆粒濃度與金屬生長距離呈函數(shù)關(guān)系的新型復(fù)合材料;研究了電磁場耦合定向凝固過程中電磁力對固液界面的影響,發(fā)現(xiàn)了向熔化的Al-Si金屬液中施加電磁力

3、時(shí),固液界面向正電極方向傾斜;而且施加電磁力的大小和周期均影響固液界面的形狀,縮短電磁力施加周期有助于獲得宏觀平直的凝固界面;為此采用電解液模擬體系,對電磁力改變固液界面前沿顆粒的遷移行為以及熔體流動的過程進(jìn)行了直接觀察,證明了上述現(xiàn)象的正確性:長時(shí)間施加電磁力可以破壞顆粒的定向遷移行為;縮短電磁力施加周期,能夠保證顆粒的定向遷移;在此基礎(chǔ)上,采用周期施加電磁力,對鋁硅、鋁-氧化鋁體系的定向凝固過程中顆粒的行為及分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究其中采

4、用過共晶Al-19﹪Si合金的定向凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:通過周期性地施加電磁力,合金中的初晶富硅顆粒呈層狀分布,表面硬度也呈周期變化;通過改變電磁力施加周期和凝固速度,還可以自由改變富硅層之間的寬度;而且初步探索了定向凝固條件下Al-8﹪Mg-2﹪Al<,2>O<,3>熔體中Al<,2>O<,3>顆粒的行為,周期性施加電磁力可以改變Al<,2>O<,3>在鋁基體中的分布,制備出了硬度也呈周期變化的層狀金屬基復(fù)合材料.本文結(jié)果對金屬基復(fù)合材料