強磁場下Zn-2wt％Cu包晶合金定向凝固研究.pdf

1、包晶凝固是一種十分重要的相變過程，許多結構材料和功能材料的加工過程均涉及到包晶反應。近年來人們發(fā)現(xiàn)，通過包晶凝固可以獲得豐富多彩的凝固組織：初生相枝晶外包覆包晶相、穩(wěn)定或亞穩(wěn)相的單相枝晶、包晶相在初生相基體中彌散分布、垂直于生長方向的帶狀結構、與共晶層狀結構類似的層片狀組織。其組織變化與溶質擴散和晶體結構等密切相關。而強磁場可直接或間接影響結晶中溶質傳輸，改變晶體結晶取向，甚至界面張力，因此可望明顯影響包晶凝固。但至今關于強磁場對包晶凝

2、固組織的影響缺乏詳盡的研究。 為了對強磁場下包晶合金的凝固組織演化、組織及相選擇規(guī)律進行探索研究，本文以亞包晶Zn-2.0wt％Cu合金為實驗合金，在不同的溫度梯度、磁場強度和凝固速度下進行了定向凝固實驗，考察其組織變化規(guī)律。 實驗采用超導強磁場定向凝固爐，其中的磁場強度最高可達14T，磁場方向與定向凝固方向一致。凝固界面前溫度梯度為44K/cm，定向凝固速度范圍為2μm/s～1600μm/s，液淬速度為15mm/s，冷

3、卻介質為Ga-In-Sn液態(tài)金屬，使得加熱爐中液態(tài)金屬由下而上定向凝固。用化學分析法測定Zn-Cu合金宏觀材料成分，用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察微觀組織，用X射線衍射儀測定晶體取向關系。 實驗結果表明：在低(2μm/s)的凝固速度下，無磁場和磁場強度較小(2T)時，組織以平界面方式生長，在外加6T的強磁場時，組織依然以平界面方式生長，但是出現(xiàn)了低速帶狀組織，并且隨著磁場強度的增加，帶狀組織變得明顯，帶狀間距變?。辉谳^高的凝固速度(

4、10μm/s)下，無磁場得組織以胞晶方式生長，有磁場的組織則以異常枝晶的方式生長；在更高的凝固速度下(≥50μm/s)無論是否有磁場，組織都以枝晶方式生長時，外加磁場使得枝晶更加發(fā)達，枝晶尖端曲率半徑減小。 實驗結果表明，磁場具有改變晶體取向的作用。在凝固速度為2μm/s時，磁場對晶體取向作用并不是很明顯；當凝固速度為50μm/s時無磁場時晶體基本以垂直c軸方向生長，即沿a、b軸生長；當施加強磁場后，晶體趨于以平行c軸方向生長，