電磁場中金屬凝固界面前沿顆粒行為及分布的研究.pdf

1、在顆粒增強金屬基復合材料、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生重要的影響,因此顆粒在凝固界面前沿的行為是一個非?；A的問題.自二十世紀六十年代以來,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因素,進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.本文從理論和實驗的角度,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和動力學條件,并探討了影響顆粒被推斥或被吞沒行為的動力學參數(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)關系的新型復合材料;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,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行了直接觀察,證明了上述現(xiàn)象的正確性:長時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行了實驗研究其中采

4、用過共晶Al-19﹪Si合金的定向凝固實驗結果表明: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合材料.本文結果對金屬基復合材料