INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅲ. EFFECT OF SOLID/LIQUID INTERFACE

分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据.结合实验,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响.结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下,较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿.当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成"蝌蚪"型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处.     

弥散固态颗粒对Al-Bi合金液-液相分离过程的影响

通过向Al-Bi难混溶合金中添加稀土生成CeBi2颗粒,在液淬和自然冷却2种冷却方式下研究固态颗粒对液-液相分离的作用。固态颗粒成为富Bi液滴的形核质点,提高了形核率,促进液滴尺寸细化和弥散分布,进而提高了合金耐磨性能。通过分散粒子法对富Bi液滴的运动、生长和凝并行为进行模拟分析,发现Stokes运动是富Bi液滴宏观偏析的主要成因,熔体自然对流对液滴分布也有一定影响。添加Ce增加了凝固各时间段的富Bi液滴数量,细化液滴尺寸,使液滴运动速度降低。与较快出现宏观偏析的Al-Bi合金相比,Al-Bi-Ce合金中虽然有同样的粗化和偏析趋势,但进行速度相对较慢,宏观偏析较轻。液滴在凝并后期出现了尺寸的多峰分布,峰值随液滴尺寸增加由高向低排列。数值模拟结果与实验统计结果体现了较好的一致性。     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYSⅠ. EFFECT OF APPLIED MAGNETIC FIELD

在自制的具有磁场作用的快速定向凝固装置上,考察了磁场对Al-Bi难混溶合金凝固组织的影响,并从理论上分析了磁场对难混溶合金液-液相变过程中液滴形核、空间运动和碰撞凝并的影响.结果表明,在磁场作用下液滴的运动速度以及由运动导致液滴间碰撞凝并的概率得到有效降低;随着磁场强度的增加,合金组织中富Bi粒子平均尺寸减小,分布更弥散.     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅱ. EFFECT OF THE THIRD ELEMENT

对Al-Bi基难混溶合金添加第三组元Si和Cu,揭示了Si和Cu含量对Al-Bi合金快速定向凝固组织的影响.结果表明,添加Si或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;在相同的实验条件下,元素Si比Cu更易使富Bi相粗化.分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识.     

Al-Bi合金凝固过程及微合金化元素Sn的影响

实验研究了Al-Bi合金凝固过程及微合金化元素Sn的影响,发现添加微量Sn能有效改变Al-Bi合金的液-液相变过程、细化富Bi相粒子。Sn对富Bi相的细化效果随着Sn添加量的增加而增强,当添加量≥0.10%(质量分数)时即可达到最佳细化效果。建立了Al-Bi合金凝固过程中组织演变的动力学模型,模拟分析了微合金化元素Sn作用下Al-Bi合金凝固组织形成过程。结果表明,微量Sn可有效降低Al-Bi合金两液相间的界面能,提高富Bi相液滴的形核率,促进Al-Bi合金形成弥散型凝固组织。     

Al-Bi-Ce-Cu难混溶合金的凝固组织和耐磨性

本文研究了Al-Bi-Ce-Cu难混溶合金的凝固组织和耐磨性能。实验结果表明,添加Ce到Al-Bi合金中,原位生成的棒状化合物Bi₂Ce作为异质形核质点,促进了Bi相的形核,所制备难混溶合金中富Bi相颗粒弥散分布。添加Cu到Al-Bi-Ce合金中生成了硬质相Al₂Cu,硬质相增强了基体的硬度,进而提高了合金的耐磨性能,降低了合金的耐磨性系数。因此Al-Bi-Ce-Cu合金,不仅具有富Bi相颗粒弥散分布的组织,同时还具有高的耐磨性能,有很强的实际应用价值。     

Cu-Co合金快速凝固条件下的显微组织

在落管中进行Cu—Co合金的快速凝固试验，分析了液滴尺寸与合金成分对微观组织演变过程的影响。结果表明，液滴尺寸越小，其内部的富Co粒子越弥散；Co含量越接近亚稳液态组元不混溶区的临界成分，合金熔体越容易发生液-液相变，凝固组织中富Co粒子平均半径越大。液-液相变过程中富Co相液滴在液滴内部形核，并在温度梯度作用下向液滴中心高温区做Marangoni迁移，这最终导致在粉末表面形成贫Co层。     

An Experimental Study of the Rapid Continuous Solidification of Al—Bi Immiscible Alloy

采用Al-（3．4—15）％Bi（质量分数）难混溶合金进行了快速连续凝固实验，研究了Bi含量和凝固速率对快速连续凝固组织的影响．结果表明，少量富Bi相粒子尺寸随着Bi含量的增加而增大，提高凝固速率有助于制备少量富Bi相粒子均匀分布的难混溶合金．通过分析富Bi粒子尺寸分布，发现沿试样轴向和径向方向粒子平均直径变化不大，试样表层处粒子尺寸较小．研究表明，快速连续凝固是制备均质难混溶合金的有效途径．     

DESIGN AND PREPARATION OF IN SITU Pb-RICH PARTICLES/Al BASE METALLIC GLASS MATRIX COMPOSITE

在Al--Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni, Y和Co, 优化设计了新的 Al_82.87Pb_2.5Ni_4.88Y_7.8Co_1.95多元难混溶合金. 开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验, 对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究. 结果表明, 合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离, 生成富Al和富Pb两液相; 随后, 富Al基体液相发生玻璃转变, 形成铝基非晶合金基体, 而富 Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中. 研究表明, 利用难混溶合金液-液相变原理, 通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料.     

难混溶合金及其制备技术研究进展

综述了难混溶合金在微重力和地面条件下制取具有均匀弥散相结构的研究成果。指出了形核、生长-扩散-对流／扩散、重力造成的沉积或上浮、相间界面能、Ostwald熟化、Marangoni运动、Brownian凝并、第二相含量和冷却速度等影响难混溶合金凝固的各种因素，分析了难混溶合金在定向凝固过程中从纤维型规则复合组织到规则排列的串状组织再到弥散分布粒子的组织演变现象。根据难混溶合金的凝固特点，介绍了粉末冶金法、定向凝固法、模拟微重力熔融铸造法、搅拌铸造法、快速凝固法等几种不同特点的制备技术。总结了密度动态法、分离粒子法、相场法等计算机组织模拟方法在难混溶合金方面的应用，同时指出了难混溶合金研究存在的问题和今后的研究方向。