振动对金属枝晶凝固固-液界面形貌、组织和性能的影响

在 Bridgman 法金属枝晶凝固过程中,引入凝固系统不同共振阶次的纵向稳态正弦振动,研究振动对金属枝晶固-液界面形貌、组织和力学性能的影响。实验发现振动作用时间与振动频率对凝固过程的影响具有相同的重要性,同样的振动时间,一阶共振频率振动使固-液界面枝晶破断,而三阶共振则使其细化.实验也揭示了凝固全过程中施加一阶共振频率振动,组织中出现竹节状周期振动条纹,使力学性能下降,而引入其它阶的共振频率振动则使力学性能提高。     

三元Co-Cu-Si合金的液相分离与组织特征

在自由落体条件下实现了三元Co45Cu45Si10和Co25Cu25Si50舍金的快速凝固,所获得的最大过冷度分别为357 K(0.22TL)和320 K(0.20TL),测定其液相面温度分别为1 600 K和1 592 K,固相面温度分别为1 358 K和1 105 K.Co45Cu45Si10舍金液相分离临界过冷度仅为8 K.直径大于100μm的合金液滴发生L a-Co→ε-Co的包晶转变,凝固组织由(Cu)、ε-Co和α-Co三相组成,而直径小于100μm时,合金液滴的凝固组织主要由(Cu)和ε-Co两相组成.Co25Cu25Si50合金不存在液相分离临界过冷度,形成由CoSi、CoSi2和Cu3Si 3个金属间化合物相组成的快速凝固组织.尽管Cu3Si的形核率最大,但始终没有形成领先生长相.当过冷度小于127 K时,形成以CoSi2为初生相枝晶的凝固组织;当过冷度大于127 K时,则形成以CoSi为初生相枝晶的凝固组织.     

Fe-Sn-Si偏晶合金的快速凝固研究

在落管中对Fe60.4Sn29.6Si10、Fe43.6Sn21.4Si35和Fe20.1Sn9.9Si70三元偏晶合金进行了无容器快速凝固实验。3种合金液滴的直径范围为100~1 000μm的液滴,凝固组织都呈现2层或3层壳核组织以及第2相弥散分布的凝固组织。XRD、EDS及SEM分析表明,Fe60.4Sn29.6Si10合金液滴的凝固组织由α-Fe、β-Sn、FeSi和FeSn组成;Fe43.6Sn21.4Si35合金液滴的凝固组织由β-Sn、FeSn2、FeSi和Fe2Si组成;Fe20.1Sn9.9Si70合金液滴的凝固组织由β-Sn、FeSi2和Si组成。     

三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的快速凝固组织演变机制

在自由落体条件下研究三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的亚稳相分离和凝固组织形成规律。结果表明:液相分离使得合金液滴在快速凝固过程中形成2~3层壳核组织和均匀弥散组织,其相组成为α-Fe固溶体和Cu3Sn金属间化合物相。分析液滴内部L2(富Cu)液相的运动特征发现,温度梯度和浓度梯度所引起的Marangoni运动促进壳核组织的形成,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、过冷度和Marangoni运动共同决定。如果液滴直径足够小,快速冷却能够抑制液相分离,凝固组织演变为等轴枝晶形态,其相组成为α-Fe固溶体和Cu2FeSn化合物。EDS分析显示,初生α-Fe相在快速凝固过程中发生了显著的溶质截留效应。     

凝固科学技术与材料

从凝固科学与实践发展的角度介绍了当前凝固材料体系的基本框架和凝固科学主要发展阶段的基本理论。作为材料科学与工程的基本组成，凝固科学技术正在现代科学理论的基础上针对传统材料的改性提高和新材料的发展需求，以控形、控构、控性为目标开展优质铸件的定向、晶体生长、快凝、深过冷及各种新型和超常领域凝固过程的研究，并介绍了其中某些方面和展望了可能的发展趋势。     

Fe-Sn偏晶合金的深过冷快速凝固组织

采用3m落管实验装置研究了Fe—Sn偏晶合金深过冷快速凝固组织。结果显示在大的过冷度下，亚偏晶合金，偏晶合金和过偏晶Fe—Sn合金均获得了组织均匀的两相共生组织，表明在过冷条件下偏晶相图具有与共晶相图相似的偏晶共生区。在过偏晶合金中，富Sn液相优先聚集生长，具有调幅分解生长特征；而在亚偏晶合金中，领先形成相为Fe的固溶体，它以形核长大的方式进行。在Fe—26．2％Sn亚偏晶合金中，首次获得了绝对稳定平界面生长单相组织，实际的溶质分配系数kv→l，经计算，获得绝对稳定平界面生长的临界过冷度为588K，ΔT＝0．4TL，对应的生长速度为38．3m／s。     

自由落体条件下三元Ni-Pb-Cu偏晶合金的快速凝固

在自由落体条件下研究三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金的相分离与快速凝固.XRD分析结果表明;凝固组织由固溶体(Ni)和(Pb)两相构成;随液滴直径减小,三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金从壳核组织演变为(Pb)相颗粒分布在 (Ni)枝晶间的组织;在形成的壳核组织中,表面张力较小的(Pb)相始终占据最外层,有利于降低表面相和体系总吉布斯自由能.能谱测定发现,在固溶体(Ni)和(Pb)相中,溶质截留效应十分显著.采用传热模型计算了不同直径液滴的冷却速率与过冷度,二者均随液滴直径的增大而减小.理论分析了合金液滴的内部温度梯度与第二相L(Pb)液滴的Maragoni迁移,发现第二相L(Pb)液滴充分实现二次相分离.在自由落体条件下,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、表面偏析、Marangoni迁移和(Ni)枝晶生长共同决定.     

Cu-Cr二元过共晶合金的深过冷及快速凝固

采用3m落管实验装置，研究了Cu—5％Cr(摩尔分数)过共晶合金深过冷快速凝固组织的演变规律。研究表明，随着过冷度增大，Cr的组织转变有3个阶段：首先初生相Cr由长条状转变为球状，Cr颗粒的直径被细化至2μm;其次当过冷度进一步增大，初生相Cr的结晶被完全抑制，结晶进入扩展共晶区形成完全的共晶组织，Cr颗粒的直径被细化至0．5μm；最后当过冷度进一步增大，Cu—5％Cr过共晶合金获得绝对稳定平界面生长，生成超饱和的单相Cu—Cr因溶体合金。随着Cr颗粒的细化，Cr中因溶Cu组元含量不断增大，实际上形成了富Cr和富Cu的两个区域。     

Ni—32.5%Sn共晶合金的净化与深过冷

本文采用循环高温过热和无机盐玻璃净化剂去除液态Ni-32.5%Sn共晶合金中的异质晶核,获得高达397K(0.283T_E)的过冷度,发现深过冷熔体主要以辐射方式散热,从而导出一种根据冷却曲线近似计算其平均比热的方法,采用高速摄影技术研究了其再辉过程,发现即使过冷度超过0.2T_E,液态合金仍然优先发生界面异质形核。     

多孔Cu/Ni复合材料的电沉积法制备及其性能研究

采用电沉积方法制备了孔隙分布均匀且沉积层从 2到 5 层的多孔Cu/Ni复合材料。研究了不同工艺参数对多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌和力学性能。多孔Cu/Ni复合材料的微观结构形貌与表征参数与沉积层数密切相关,其平均孔径、孔隙率随沉积层数增加而减小,其比表面积、表观密度随沉积层数增加而增大,多孔Cu/Ni复合材料的铜层与镍层之间由于原子扩散形成固溶体合金层。材料的力学性能随沉积层数增加而提高,压缩强度可达 17.36 MPa,杨氏模量增加 7.9倍,单位体积吸能本领提高13.9倍。