磁场作用下铝合金凝固过程的电阻变化

为了确定磁场对铝合金凝固过程的影响,利用双电桥测试了Al-21%Cu、Al-22Si合金分别在无磁场、直流磁场和交流磁场作用下从液态到固态的电阻变化.分析了Al-Cu合金与Al-Si合金电阻-温度曲线的差别,研究了磁场对合金凝固过程中液、固相线温度及微观结构的影响.结果表明,Al-21%Cu合金的电阻-温度曲线呈单调下降趋势,且有两个明显的转折点,而Al-22%Si合金的电阻-温度曲线不再是单调下降,两个转折点也很不明显,在直流磁场作用下,Al-21%Cu、Al-22%Si合金的液相线、固相线温度均有所降低,在交流磁场作用下,两种铝合金的液、固相线温度均有所升高.在Al-Si合金凝固过程中施加外磁场时,抑制了初生β-Si的生成.     

静磁场下热电磁效应及其对凝固组织的影响

由于塞贝克效应,当施加一个温度梯度时,在凝固界面将会产生一个热电流。在磁场下定向凝固过程中热电流和静磁场相互作用将会产生一个显著的热电磁力。此磁力将会诱发各种现象,比如液体搅拌、固相运动以及固相受力。由于在金属的凝固过程中常常存在温度梯度,这些效应将会普遍存在。在较小和适度的磁场下热电磁力将促进液体的流动,在较强的磁场下其将抑制液体的流动。另外,热电磁流有多尺度效应,即尺度越小,抑制液体流动所需的磁场越高。至今,已经完成了大量涉及多种合金的实验,所有的实验结果均表明在凝固前沿和糊状区均存在热电磁流。热电磁流动显著地影响凝固过程中微观和宏观偏析、凝固组织以及糊状区晶界结构。热电磁流动的方向以及相应的偏析可以通过改变磁场的方向而被控制。另一方面,作用于固相的热电磁力也将显著地影响固相凝固组织,表现为固相所受的热电磁力导致枝晶的断裂、枝晶碎片的运动和柱状晶-等轴晶转变等。近年来,同步辐射X射线成像技术被应用于实时观测在横向磁场下定向凝固过程中枝晶的生长行为,观察在磁场下枝晶发生断裂和枝晶碎片沿一定方向运动的行为,这进一步证实了磁场下热电磁效应在凝固过程中显著地影响凝固组织。     

强磁场下Cu-50%Ag合金定向凝固过程中的组织及固液界面形貌演变

目的 研究强磁场下Cu-50%(质量分数)Ag合金定向凝固过程中的组织演变、固液界面形貌变化及溶质迁移行为,分析强磁场对金属凝固过程的作用机制,为强磁场下的金属材料制备提供理论借鉴和指导。方法 在不同的凝固速率与磁场条件下进行定向凝固和淬火实验,对合金的定向凝固组织、糊状区与固液界面形貌以及溶质分布行为进行考察。结果 强磁场破坏了凝固组织的定向生长,使凝固组织转变为枝晶与等轴晶共存的形貌;强磁场诱发了熔体对流,减少了糊状区中溶质的含量;强磁场改变了固液界面处的溶质分布和固液界面形貌,破坏了固液界面的稳定性。结论 强磁场通过洛伦兹力和热电磁力的共同作用,诱发了糊状区内液相的纵向环流,改变了固液界面及糊状区中的组织形貌与元素分布。     

交流磁场对Al-11.4%Cu合金液相线、固相线温度的影响

通过测试和分析Al-11.4%Cu合金在交流磁场中凝固的电阻,确定了合金液相线和固相线温度以及结晶区间.试验结果表明,在不同磁感应强度的交流磁场作用下,Al-11.4%Cu合金的液相线和固相线温度均有所提高,结晶温度间隔变小,磁场强度越大,这种变化的幅度越大.     

强磁场下金属凝固研究进展

强磁场下金属凝固研究是一个新开辟的研究方向,有着广阔的前景。叙述了强磁场的基本效应,综述了强磁场下金属凝固的研究进展。重点介绍了磁场对凝固动力学、固/液界面稳定性、单相合金生长、共晶生长、热电磁流动及其作用、第二相颗粒运动的影响等方面的研究工作。指出了需要进一步研究的主要问题,以及所需的相关物理参数。     

NiAl金属间化合物的研究进展

对NiAl金属间化合物的国内外研究现状进行了系统综述,包括为改善NiAl合金力学性能和高温抗氧化性能等所采用的合金化、制备多相合金、制备复合材料、定向凝固、机械合金化、热压及热等静压、燃烧合成、微晶涂层等工艺,以及NiAl合金的超塑性行为,着重介绍及论述了合金化及定向凝固等工艺.简单介绍了NiAl合金的固溶强化磁行为.     

强磁场下Al-Si过共晶合金组织细化原理研究

为了改善Al-Si合金性能,研究了强磁场对Al-Si过共晶合金组织的影响.依据热力学和晶粒形核理论,阐述了组织变化的原因.研究表明:当Al-Si过共晶合金在600℃施加强磁场并平行于磁场方向下凝固时,共晶组织被细化,但对初生硅相影响不大;磁场强度越大,细化效果越明显;强磁场降低了固态熵和磁自由能的影响,使共晶组织临界形核半径减小,而硅由于是逆磁质对其影响不大;强磁场使液态金属平行于磁场方向流动,进一步细化了组织.     

Bi-Mn合金中MnBi析出相磁致织构的形成

研究了Bi-6%Mn合金从低于446℃开始的半固态凝固过程中,MnBi析出相磁致织构的形成过程和规律.结果表明,合金从355～446℃开始半固态凝固时,合金中的MnBi相在340℃(MnBi相顺磁-铁磁转变温度)附近发生形态突变,由规则的六方晶体转变为沿ab面长大的不规则片状晶体;析出相的磁致织构是在发生磁性转变生成铁磁性MnBi相后通过晶粒旋转取向形成的.合金从低于355℃开始半固态凝固,导致织构形成的磁感应强度阈值随着温度的升高而降低,从355～446℃之间开始的半固态凝固则相反.磁场中合金从低于355℃开始的半固态凝固有利于制取高性能的过共晶Bi/MnBi磁性复合材料.     

磁场凝固法制备过共晶MnBi/Bi磁性功能复合材料

Bi-Mn过共晶合金分别从3个不同状态凝固．合金中MnBi析出相均在磁场作用下以晶体的C轴平行磁场取向。形成规则排列组织，并且所得材料的剩磁都具有明显的各向异性。合金从低于355℃的固液两相区凝固时，铁磁性MnBi析出相在1．0T磁场中迅速形成均布的织构组织，并能在无磁场条件下保持稳定，材料无需热处理就有很好的剩磁性能。因此，磁场凝固技术能够高效率地、直接制备出性能优良的MnBi／Bi磁性功能复合材料。     

真空磁场热处理对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金磁致伸缩性能的影响

研究了磁场热处理对Tb0.3Dy0.7Fe1.95多晶合金磁致伸缩性能的影响.将定向凝固得到的多晶合金,在真空条件下,加热到居里点附近不同温度,在加磁场下保温一定时间后冷却到室温,测量其磁致伸缩系数,并且进行X衍射分析.实验结果表明,在稍低于居里点的温度,沿垂直于棒的轴线加磁场保温一定时间后冷却,合金的磁致伸缩系数明显提高,沿样品棒轴线的晶体取向有一定程度的改变.     

金属泡沫材料研究进展

综述了金属泡沫材料的各种制备方法。液相法制备金属泡沫材料包括气体吹入法、固体发泡剂法和固体—气体共晶凝固法、熔模铸造法、渗流铸造法、喷射沉积法以及粉末加压熔化法等制备方法。采用金属粉末烧结法、浆料发泡法等制备工艺可以从固相制备金属泡沫材料。电沉积法以及气相沉积法可用于制备高孔隙率的金属泡沫材料。最后简要总结了金属泡沫材料的应用。     

Control of nonmagnetic particles using a magnetic field

Abstract

A force and/or torque are induced in a material under the imposition of a magnetic field. Their magnitudes are different from those acting on the surrounding materials because of the difference in their physical properties. Therefore, a magnetic field is a powerful tool for controlling a second phase in a mother phase such as particles suspended in a liquid. In this paper, we focus on two processes. The first one is a novel method of magnetic filtration in which schwertmannite particles in wastewater are controlled using a magnetic field. The second one is a refining process for a metallic alloy structure during solidification in which solid particles suspended in the liquid phase are controlled using the force excited by the simultaneous imposition of a magnetic field and alternating current.     

磁场作用下的金属凝固研究进展

磁场作用下的金属凝固已成为金属材料基础研究和开发制备新技术的重要领域.综述了交变/旋转磁场、直流磁场作用下金属凝固的研究历史及现状,运用电磁学及金属凝固原理,揭示了磁场对凝固组织形貌及凝固过程产生的影响及主要机制,并对以后的理论研究工作提出了建议.     

Visualization and modeling for water atomization of low melting point alloy

Liquid metal fragmentation by impinging fast water spray, so called water atomization, is widely used to produce metal powders efficiently. In the present paper, we conduct the high-speed visualization experiments and theoretical modeling for elucidating the mechanism of fragmentation and solidification processes, which are essentially important to control the metal powder characters. We successfully visualize the detailed sequential events from the water spray ejection, freely dropped molten metal of 42Sn-58Bi, followed by their collision, metal fragmentation in liquid phase, and solidification, leading to revealing the fragmentation processes as the impact of water spray and the vapor explosion. Quantified metal particle size convinces that the water atomization simultaneously proceeds fragmentation of metal in liquid phase with solidification. The experimental results of size distribution and mean diameter well validate the proposed physically-consistent theoretical modeling for the prediction of particle size.     

高温铝熔液在旋转多孔介质内的渗透与瞬态固化和再熔过程

针对离心渗铸板材工艺中金属铝熔液在旋转的Al₂O₃预型体内的充型过程,考虑离心惯性力对金属铝熔液的瞬态固化与再熔过程的影响,研究了伴随有瞬态固化和再熔现象的流场温度分布以及熔融区长度和固化率瞬态变化规律,推导了渗透界面和再熔界面移动速度计算公式,建立了界面速度与温度的耦合关系。结果表明:当Al₂O₃颗粒预热温度低于铝熔化温度时,渗透过程出现了瞬态固化和再熔现象,液固共熔区随渗透过程不断向前推进,共熔区长度和固化率随渗透过程而增长。随着孔隙率和转速的减小,共熔区内固化率提高,渗透前沿和再熔前沿界面移动速度减小。但孔隙率的减小使两种界面移动速度差值增大,液固共熔区长度增长;而转速的减小使两种界面移动速度差值缩小,液固共熔区长度缩短。     

材料电磁加工的现状与未来展望

综述了材料电磁加工的研究现状和未来的发展动向。由于在熔化、精炼、铸造、轧制等连续铸造过程中应用了电磁场,连铸坯的表面质量和凝固组织得到改善。在电镀、金属腐蚀、金属凝固等过程中施加强磁场,改变了溶质的质量传输,提高了产品质量。     

离心渗铸金属铝熔液的瞬态固化与再熔

通过分析离心力场中金属铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热，考虑了离心惯性力对铝熔液的瞬态固化与再熔的影响，建立了旋转多孔介质内的渗流传热理论模型．研究了复合管铸造工艺中不同工况下液固共融区的长度和固化率的瞬态变化规律以及流场压损的分布规律．结果表明：在Al2O3颗粒的预热温度低于铝熔化温度的条件下，当渗透前沿达到一定深度时出现液固共融，随后液固共融区随渗透过程而增长，固化率逐渐提高．随着孔隙率的减小，液固共融区的长度和固化率增大，出现共熔现象的固化率降低，复合层能达到的最大厚度减小．而随着转速的减小，液固共融区长度缩短，共熔区内的固化率水乎提高，出现共熔现象的固化率增大，复合层能达到的最大厚度减小。     

强磁场作用下材料扩散型固态相变的微观机理

为探讨强磁场对物质原子尺度行为(电子运动、离子扩散)的影响,采用光学显微镜研究强磁场作用下Fe-0.12%C合金的扩散型固态相变;采用数字多用表测量强磁场作用下的纯铝板电阻研究其电子分布.结果表明:随磁感应强度增强,Fe-0.12%C合金室温显微组织中,铁素体晶粒平行于磁场方向伸长并呈链状排列的趋势增强,珠光体团的长轴方向平行于磁场方向伸长的程度也增强;纯铝板的电阻在平行于磁场方向放置时减小,垂直于磁场方向放置时电阻有增加趋势.这是由于组成金属晶体的自由电子和排列成晶格状的金属离子在磁场作用下受到洛伦兹力的作用,随磁感应强度增强,沿磁场方向的电子浓度、金属离子扩散有增强趋势,导致磁场作用下材料扩散型相变的室温组织出现形状各向异性.     

Aligned Solidification Structure of the MnBi Phase in Semisolidified Bi-Mn Alloy with a Static Magnetic Field

The solidification structure of Bi-3 wt pct Mn alloy grown up in the semisolid zone under the influence of a staticmagnetic field (up to 1.0 T) and the relation of the magnetic property with the solidification structure have beeninvestigated experimentally. It was shown that the primary phase MnBi crystals in the alloy aligned and oriented alongthe direction of the applied magnetic field. The orientating tendency and the average length of the elongated MnBicrystals increased with the increase of the applied field and the solidification time. Moreover, the remanence of thealloy along the aligned direction of the MnBi phase in the case of solidification with a magnetic field was apparentlyanisotropic and nearly double of that without the magnetic field. This indicated that the MnBi crystals orientedand aligned along their easy magnetization axis. A model was proposed to explain the alignment and orientationgrowth of the MnBi crystals in a magnetic field in terms of the magnetic anisotropy of the crystals