微波對合金的電磁力熱效應與微結構力學演化的Sr-CT在線實驗與分析.pdf

1、利用微波技術燒結金屬及合金材料，可使材料的微觀結構更加細化均勻，從而增強材料的機械性能，是制造高性能新型合金的優(yōu)異技術，研究微波和金屬之間力學作用產(chǎn)生的機理，對進一步揭示微波燒結原理、指導工業(yè)生產(chǎn)具有及其深遠的意義。本文首先闡明了深入理解微波燒結合金的機制、實現(xiàn)微波制備合金技術可控的關鍵途徑是進行微波燒結金屬過程中相關力學機理的研究。為了分析和驗證微波燒結中存在的力學作用機制，展開了具備不同電磁學性質的金屬的微波燒結同步輻射斷層掃描(S

2、R-CT)在線實驗，定量分析了燒結動力學參數(shù)（燒結頸）的演化過程。結合實驗結果，討論了不同電磁學性質和微觀組織形貌對微波燒結金屬的力、熱驅動效應的作用。本文的研究的主線內容如下:
　　1、首次開展了具有不同電磁學性能的金屬單質及其混合物的微波燒結在線實驗研究，發(fā)現(xiàn)各類金屬均出現(xiàn)了迅速又獨特的微觀組織形貌變化現(xiàn)象，定量統(tǒng)計不同金屬燒結頸動力學參數(shù)隨燒結實驗的演化曲線，分析了相關的物質擴散機制。
　　實現(xiàn)了不同電學性質（低電阻金

3、屬Al、高電阻金屬Ti和Al-Ti混合金屬）以及不同磁學性質（抗磁性金屬Cu、鐵磁性金屬Ni和Cu-Ni混合金屬）金屬及其混合物的微波燒結的SR-CT在線實驗研究。通過實驗獲得的三維微觀結構演化圖像，發(fā)現(xiàn)了具備不同電磁學性質的金屬在微波燒結過程中，微觀形貌特征的變化存在諸多不同的現(xiàn)象。定量分析動力學參數(shù)隨燒結時間演化的曲線，提出了不同金屬體系的燒結現(xiàn)象特征。
　　2、揭示了金屬材料在微波電磁場中的感應渦流對微觀結構演化產(chǎn)生的影響，

4、研究了渦流的力效應和熱效應對物質擴散和結構運動的作用，結合改進的相場數(shù)值模型，對相關機理進行了分析。
　　分析了金屬顆粒在微波電磁場作用下生成感應渦電流的機理和強度，構建了渦電流產(chǎn)生力學作用的模型，并在相場模型中引入吸引力作用模型，分析驗證了造成Al和Ti在微波燒結前段時期出現(xiàn)燒結頸動力學參數(shù)不同的原因。發(fā)現(xiàn)渦電流產(chǎn)生的熱效應導致金屬的物質擴散系數(shù)發(fā)生改變，造成Al顆粒間燒結頸生長速率減緩、Ti燒結頸生長速率提高的現(xiàn)象，將相場模型

5、中的擴散熱力學常量修改為多種擴散機制共同作用的變量，驗證了渦流熱效應對物質擴散的影響。
　　3、探索了金屬材料的磁疇結構和混合金屬異質界面結構對微波燒結產(chǎn)生的力、熱作用。
　　根據(jù)鐵磁性Ni金屬微結構演化現(xiàn)象和微觀動力學參數(shù)演化曲線，分析了磁疇結構和微波磁場分量產(chǎn)生熱力學驅動力，加速物質擴散速度，導致鐵磁性金屬的微觀結構演化速度更快，并結合增強的多種擴散機制相場模型進行分析驗證。提出由于微波中磁場分量的作用，導致具有不同磁性

6、的金屬磁化方向相反，使顆粒間產(chǎn)生排斥力作用，并將排斥力模型引入相場模擬中，對力學作用機理分析進行驗證。最后在相場動力學方程中加入晶界作用力的修正項，結合多種擴散機制耦合的擴散動力學系數(shù)，分析了由于異質界面的存在，和微波產(chǎn)生相互作用，對混合金屬燒結產(chǎn)生了力、熱效應。
　　本文通過實驗觀測、理論分析、模擬驗證三個方面，研究金屬及合金的微波燒結機制。開展了微波燒結具有不同電磁學性質的金屬SR-CT在線實驗研究，根據(jù)相關的微觀結構演化特征