定向凝固陶瓷共晶复合材料

简述了这向凝固陶瓷共晶和昨合材料的特点，介绍了和生产定向凝固陶瓷共晶材料的方法，描了陶瓷共晶凝固参数一民组织的关系，并列举了一些氧化物、碳化物、硼化物共晶体系的机械性能，同时指出，定向凝固陶瓷共晶和复合材料有希望成为新的超高温材料。     

Nb基超高温合金定向凝固组织及其共晶凝固机理研究进展

Nb-Si基共晶体系超高温合金是目前最有希望应用于超高温环境的材料之一.目前的研究还仅仅停留在合金化改善其综合性能及抗氧化涂层的制备等方面,而对其共晶凝固机理等更深层次的研究还较少.从Nb基超高温合金铸态、定向凝固态组织及相组成等角度入手对该合金的微观组织变化规律进行了分析和总结;并对Nb基超高温合金共晶凝固机理的研究进展进行了综述;此外,还讨论了该合金目前仍需解决的问题.     

SCN-Cam共晶合金的定向凝固研究

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-Cam(Succinonitrile-wt%Camphor,wt%为质量分数)模型合金的凝固过程.实验结果表明,SCN-23.6%Cam共晶合金在常规条件下形成规则的共晶组织,共晶间距随界面推移速度的增大而减小;加入超声振动时,共晶合金生长出初生相;SCN-21%Cam亚共晶...     

凝固界面临界分叉—Sn—Pb共晶定向凝固几何模型

数值求解了Ｓｎ－Ｐｂ共晶定向凝固静态耦合方程。详细讨论了三相交接点处过冷，界面形态及界面分叉特征作为共晶相间距的函数待征。计算发现三相交接点处最小过冷、β（Ｐｂ）相凝固界面形态临界分叉及此界面中心位置极大值三者是一一对应的。提出了共晶定向凝固几何模型并导出了谱适标度律：λ－Ｖ＾－１／２．ｆ（Ｇｉ／Ｖ），这里λ为共晶相间距，Ｃｌ为温度梯度。ｆ是凝固速度Ｖ的增函数并在Ｖ很高时趋于饱和。将这一标度律同现     

激冷快速凝固Al-Cu共晶合金的层片失稳研究

目的 研究热处理条件下共晶层片组织的失稳机制,通过理论建模定量阐明控制层片失稳的关键因素。方法 以Al-Cu共晶合金为研究对象,采用铜模激冷的方法使合金发生激冷快速凝固,获得2个不同冷却速率下的细化共晶层片组织,进一步对所制备的样品进行不同温度及时间的退火处理。研究了退火条件下层片组织的失稳行为,进一步建立了层片失稳的理论解析模型,并基于模型,阐明了热处理条件下共晶层片失稳的机制。结果 凝固冷速为63 K/s和28 K/s的2个样品层片组织均发生了失稳,且在相同退火温度下,冷速为63 K/s的样品(初始共晶层片更细小)更易发生失稳,当退火温度及时间相同时,冷速为63 K/s的样品层片失稳程度更高。结论 在退火条件下,受瑞利不稳定性的影响,共晶层片失稳遵循由层片组织转为棒状组织、棒状组织转变为粒状组织的演变规律;层片厚度和退火温度是层片粒化的主要影响因素。     

电磁搅拌频率对Pb-Sn过共晶合金凝固组织的影响

对比分析了磁场和电磁搅拌频率对Pb-80%Sn过共晶合金铸锭凝固组织和宏观成分偏析的影响。结果表明:螺旋磁场可在合金熔体的更大区域内形成流动,使熔体内溶质场、温度场分布更均匀。励磁电流一定时,初生相晶粒尺寸随频率的增大而减小,旋转磁场和螺旋磁场在频率分别为13 Hz和10 Hz时对铸锭凝固组织的改善效果最好,晶粒尺寸由无磁场时的247.3μm分别减小到142.5μm、140.6μm,继续增大频率,凝固组织反而出现粗化和不均匀化。旋转磁场和螺旋磁场均在频率为13 Hz时对成分偏析的改善效果最好,由无磁场时的9.71%分别减小到1.14%、0.34%。     

快速凝固AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织演变和力学性能

使用真空快速凝固设备制备不同直径的AlCoCrFeNi_2.1合金铸棒和薄带,研究了冷却速率对多主元共晶高熵合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,全部试样均由FCC和B2两相组成。不同直径的合金铸棒均为常规共晶组织,只在表层某些位置观察到胞状共晶组织。铸棒的直径越小,冷却速率越大,规则共晶组织的片间距(λ)越小,其屈服强度越高。当铸棒直径由8 mm减小至2 mm时表层区域的λ值由530.4 μm减小至357.0 μm,轴心区域的片间距由712 μm减小至474 μm,合金的屈服强度由690 MPa提高到877 MPa。结合合金薄带的微观组织分析结果表明,随着冷却速率的提高AlCoCrFeNi_2.1合金依次形成规则和非规则混合共晶组织、胞状共晶组织和树枝状组织。     

亚共晶Ni-Si合金的凝固组织特征研究

采用布里奇曼定向凝固技术制备了NiNi3Si亚共晶复合材料,系统地研究了Ni-Ni3Si亚共晶的定向凝固组织特征。在较低的凝固速率R=3μm/s时亚共晶成分的合金为规则的层片共晶组织。随着凝固速率的增大,当R=8μm/s时,平界面失稳,在第二相的旁边出现浅胞状组织。当R=25μm/s时在析出相的旁边出现了突起的胞状组织。当R=40μm/s时由于固液界面前沿的成分过冷逐渐增大,凝固组织生长成为典型的树枝晶组织。并根据"成分过冷"判据,评估了固液界面前沿的"成分过冷"的大小,理论计算与实验结果基本吻合。此外,根据BH模型计算和比较了α-Ni相的界面生长温度和共晶界面生长温度,证明较高速定向凝固下不太可能制备出全耦合生长的共晶组织。随凝固速率的增大,一次枝晶间距减小,组织细化。     

定向凝固共晶多相复合陶瓷的研究现状

本文评述了定向凝固共晶多相复合陶瓷的制备方法, 并介绍了定向凝固 Ａｌ_２ Ｏ_３/ Ｙ Ａ Ｇ 共晶复合材料优异的高温强度、热稳定性以及抗蠕变性断裂强度达３５０ ～４００ Ｍ Ｐａ , 且从室温到２０７３ Ｋ 基本不变; 在１９２３ Ｋ 以上拉伸试验, 显示出由位错运动引发的塑性形变; 且观察到类似于金属的屈服现象这种复合材料经１９７３ Ｋ/１０００ｈ 空气中热处理后的显微结构也十分稳定有望成为２１ 世纪新的耐热结构材料     

直流电场对Al-Cu共晶合金凝固组织的影响

研究了直流电场作用下Al-Cu共晶凝固组织的变化.结果表明:电场作用改变了共晶晶粒尺寸和片层间距,随着电流密度的增加共晶晶粒尺寸和片层间距都经历了一次先细化后粗化的过程.初步分析了电场作用造成上述结果的机理.     

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.     

电脉冲磁场对FeMnSiCr合金铸态管接头形状记忆效应的影响

提出了用电脉冲磁场细化铁基形状记忆合金铸管凝固组织的新工艺，并对铸管的形状记忆效应进行对比研究。实验结果表明，适当频率的电脉冲磁场能够显著改善铁基形状记忆合金的凝固组织，提高其铸态管接头的形状记忆效应，并对其机理进行了初步分析。     

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.     

深过冷Ni-Sn合金非规则共晶的形成机制

采用熔融玻璃净化配合循环过热使Ni-32.5%Sn(质量分数)共晶合金实现了深过冷快速凝固.当过冷度大于某一临界值时,非规则共晶在凝固组织中出现.随着过冷度的提高,最终得到完全的非规则共晶组织.通过分析Ni-Sn共晶合金中各相形核、生长、以及枝晶熔断机制随过冷度的变化,解释了非规则共晶的形成机制.在深过冷条件下熔体中初生相率先形核并长入过冷熔体中,形成枝晶骨架,再辉重熔后次生相从残余熔体中析出并包围初生相,形成非规则共晶.     

深过冷Fe-B-Si共晶合金凝固组织纳米化机制探讨

采用深过冷及深过冷加水淬的方法,成功地制备了样品直径为16mm,高为15mm,组织中晶粒平均尺寸小于120nm的Fe76B12Si12合金块体纳米材料。理论分析与实际计算结果表明：该合金凝固组织纳米化的主要原因在于,其共晶两相的生长速度小、组织粗化速率小、溶质平衡分配系数低以及具有相对较低的熔化焓;深过冷Fe-B-Si合金块体纳米软磁材料制备的理想条件是：获得超过冷、选择主要由溶质扩散控制生长的共晶合金成分、获得Fe2B(Si)相为完全准球状形态的二次粒化非规则共晶组织。     

强磁场下冷却速度对Fe-0.12%C合金显微组织的影响

研究了强磁场(12T)下冷却速度对Re-0.12%C合金中的珠光体组织形貌的影响,结果表明:强磁场下珠光体团的长轴方向与磁场方向平行且伸长的程度随其冷却速度的提高而减弱,板平面平行于磁场方向比垂直于磁场方向放置的试样的珠光体面积分数低,同时珠光体团长轴方向与磁场方向平行且伸长的程度也低,最后,探讨了强磁场下珠光体组织形貌的演变机理.     

静磁场对定向凝固镍基高温合金组织影响的研究进展

综述了国内外静磁场对镍基高温合金组织影响的研究现状,重点分析了施加不同方式、强度的静磁场对定向凝固镍基高温合金枝晶组织、元素偏析、凝固缺陷及高温力学性能的影响规律,并从变截面处杂晶的控制、晶体取向偏离的控制以及对凝固特性的影响机制等方面提出了静磁场在定向凝固镍基高温合金研究中潜在的发展方向。     

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.     

Cu-Fe合金的强磁场固溶时效行为

将Cu-15%Fe(质量分数)合金在强磁场中进行不同同溶时效处理,研究了合金的时效行为.结果表明,施加10 T强磁场可以促进第二相Fe枝晶的球化,而且Fe枝晶的形貌受强磁场的球化作用与高温缓慢冷却引起的粗化作用的影响.在Cu-15%Fe合金1000℃同溶处理中,施加10 T强磁场使基体中的Fe含量降低了0.39%.这表明,强磁场在一定程度上促进了Fe在Cu基体中的析出,获得与缓冷相类似的效果;施加10 T强磁场固溶处理并在10 T强磁场作用下经500℃时效处理后,基体中的Fe含量较低.其原因是,施加强磁场后Fe原子的析出规律受温度制度和析出相磁性转变的共同影响.施加强磁场改变了原子的激活能,进而影响了原子的扩散行为.     

Effect of pulsed magnetic treatment on the corrosion of titanium

ABSTRACT

Results of corrosion tests of titanium in the initial state and after treatment using pulsed magnetic field are presented. It is shown that samples after treatment have better corrosion resistance due to the formation of denser and finer corrosion products with better adhesion to the substrate. Samples after treatment have more homogeneous microstructure due to a substantial increase of dislocations which are uniformly distributed. Mechanisms of dislocation multiplication and a model explaining the effect of the treatment on the corrosion are discussed.

This paper is part of a themed issue on Materials in External Fields.