強(qiáng)磁場(chǎng)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(guò)程，許多結(jié)構(gòu)材料和功能材料的加工過(guò)程均涉及到包晶反應(yīng)。近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)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(zhǎng)方向的帶狀結(jié)構(gòu)、與共晶層狀結(jié)構(gòu)類似的層片狀組織。其組織變化與溶質(zhì)擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。而強(qiáng)磁場(chǎng)可直接或間接影響結(jié)晶中溶質(zhì)傳輸，改變晶體結(jié)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(guān)于強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)包晶凝

2、固組織的影響缺乏詳盡的研究。 為了對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)下包晶合金的凝固組織演化、組織及相選擇規(guī)律進(jìn)行探索研究，本文以亞包晶Zn-2.0wt％Cu合金為實(shí)驗(yàn)合金，在不同的溫度梯度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和凝固速度下進(jìn)行了定向凝固實(shí)驗(yàn)，考察其組織變化規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)采用超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)定向凝固爐，其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)14T，磁場(chǎng)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(zhì)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(xué)分析法測(cè)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(cè)定晶體取向關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在低(2μm/s)的凝固速度下，無(wú)磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度較小(2T)時(shí)，組織以平界面方式生長(zhǎng)，在外加6T的強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，組織依然以平界面方式生長(zhǎng)，但是出現(xiàn)了低速帶狀組織，并且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)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(wú)磁場(chǎng)得組織以胞晶方式生長(zhǎng)，有磁場(chǎng)的組織則以異常枝晶的方式生長(zhǎng)；在更高的凝固速度下(≥50μm/s)無(wú)論是否有磁場(chǎng)，組織都以枝晶方式生長(zhǎng)時(shí)，外加磁場(chǎng)使得枝晶更加發(fā)達(dá)，枝晶尖端曲率半徑減小。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁場(chǎng)具有改變晶體取向的作用。在凝固速度為2μm/s時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)晶體取向作用并不是很明顯；當(dāng)凝固速度為50μm/s時(shí)無(wú)磁場(chǎng)時(shí)晶體基本以垂直c軸方向生長(zhǎng)，即沿a、b軸生長(zhǎng)；當(dāng)施加強(qiáng)磁場(chǎng)后，晶體趨于以平行c軸方向生長(zhǎng)，