偏晶合金凝固研究進(jìn)展

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1、第33卷第8期稀有金屬材料與工程Vol.33,No.82004年8月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGAugust2004偏晶合金凝固研究進(jìn)展1121鄭紅星，馬偉增，郭學(xué)鋒，李建國(1.上海交通大學(xué)，上海200030)(2.西安理工大學(xué)，西安710048)摘要：偏晶類合金作為1類重要的工程實(shí)用合金，以其獨(dú)特的組織和特殊的性能，被材料學(xué)界爭相研究。本文概述了偏晶類合金在微重力環(huán)境、定向凝固、深過冷和急冷快速凝固4方面的最新凝固理論研究進(jìn)展。并指出了今后的研究方向。關(guān)鍵詞：偏晶合金；凝固；相分離中圖法分類號：TG14文獻(xiàn)

2、標(biāo)識碼：A文章編號：1002-185X(2004)08-0893-04期的實(shí)驗(yàn)并沒有顯示出微重力環(huán)境的任何優(yōu)點(diǎn)。由此1引言可以推斷，偏晶合金相分離并非單純重力場作用的結(jié)偏晶合金在其平衡相圖中存在一液相不混溶區(qū)，果，凝固過程中其它場效應(yīng)改變第二相生長動力學(xué)，當(dāng)合金熔體在平衡條件下進(jìn)入該區(qū)時，兩液相在重力有可能在扮演著更為重要的角色。[5]作用下，由于密度差別較大而導(dǎo)致相分離，甚至形成Lancy在微重力條件下對Zn-Pb合金的研究發(fā)[6]分層組織，在地面條件下常規(guī)鑄造技術(shù)根本無法制備現(xiàn)，試樣中Zn和Pb兩相分層。Lohberg對Al-In合[1]出具

3、有實(shí)用價值的偏晶合金。近年來，偏晶合金以金的實(shí)驗(yàn)同樣是分層組織，認(rèn)為是In對所用的Al2O3[2][7]其獨(dú)特的組織和特殊的性能，被材料學(xué)界爭相研究，材質(zhì)坩堝的潤濕性較好所致。Potard的研究也得出了[8]如Al-Pb，Al-Bi等合金，利用第二相Pb，Bi粒子的同樣的結(jié)論。Gells等排除了組元對坩堝材料的潤濕[4]柔順性和減摩性，可作為優(yōu)良的自潤滑軸瓦材料；結(jié)性影響后，得到的仍是分層組織。Fredriksson等對構(gòu)精細(xì)彌散的Cu-Pb合金具有超導(dǎo)性能，Bi-Ga合金Zn-Bi合金研究后，認(rèn)為粒子的粗化是由殘余重力及具有半導(dǎo)體性能等。但是，

4、偏晶合金凝固過程包括溶Marangoni對流導(dǎo)致的液滴遷移的結(jié)果。目前的試驗(yàn)質(zhì)分配以及熱力學(xué)和動力學(xué)過程尚不清楚、更無法通結(jié)果已足以說明第二相液滴的Marangoni對流是微重過控制凝固過程獲得成分均勻、結(jié)構(gòu)精細(xì)的偏晶合金。力環(huán)境下導(dǎo)致相分離的重要因素。因此，深入研究其凝固行為具有重要的理論價值和工為揭示空間微重力條件下偏晶合金的凝固特性，程實(shí)用價值。本文將著重介紹該類合金在微重力、定中國也曾分別于1990年及1996年兩次利用返回式科向凝固、急冷和深過冷快速凝固4個方面的最新研究學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，研究了Al-Bi偏晶合金的空間凝固行為。[9]進(jìn)展。張

5、修睦等結(jié)合流體物理理論和兩次衛(wèi)星搭載的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析認(rèn)為在空間微重力環(huán)境下，偏晶合金中第2偏晶合金研究現(xiàn)狀二相粒子的Marangoni遷移速率小于固液界面移動速2.1微重力環(huán)境下的研究現(xiàn)狀率時，第二相液滴將被凝固界面捕獲，可以得到均勻早期認(rèn)為，消除重力場效應(yīng)，就可以制備出均質(zhì)的偏晶合金；反之，則第二相液滴將在界面張力梯度偏晶合金?；谶@一考慮，科學(xué)工作者早在20世紀(jì)驅(qū)動對流環(huán)境中作Marangoni遷移并聚積粗化。此外70年代早期即在Apollo-14和Apollo-16及Skylab上還提出了1個新的偏晶合金制備思路：引入與重力方[3]開展了微

6、重力環(huán)境下偏晶合金凝固行為的研究工作。向相反的液滴Marangoni遷移運(yùn)動，用以克服重力效歐洲也利用TEXUS火箭升空時研究了Zn-Bi，Zn-Pb應(yīng)，即可獲得均質(zhì)偏晶合金。目前該思路已成功運(yùn)用[4][10]等偏晶合金微重力環(huán)境下的相分離規(guī)律。但這些早于正在研究的偏晶合金“控制鑄造”技術(shù)中。收到初稿日期：2003-01-21；收到修改稿日期：2003-03-20基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（50274051）和國家杰出青年科學(xué)基金（50125101）資助作者簡介：鄭紅星，男，1978年生，博士研究生，上海市華山路1954號，上海交通大學(xué)108信箱

7、，上海200030，電話：021-62932569·894·稀有金屬材料與工程33卷此外還有許多利用正交電磁場模擬微重力環(huán)境的型。計(jì)算結(jié)果表明：在大的凝固速度條件下，凝固界研究。其基本原理是：在電磁場作用下，兩組元電導(dǎo)面前沿存在成分過冷區(qū)，液-液相分離在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)率不同，不同組元內(nèi)形成的電磁力密度不同，根據(jù)這行；溫度梯度恒定時，凝固速度越快，第二相液滴的一特性，尋找一合適電磁場參數(shù)，使得熔體中兩相的形核速率越大，液滴的數(shù)量密度越高，平均半徑越?。蛔陨碇亓γ芏扰c其所受的電磁力密度矢量和相等，此而且凝固界面前沿液滴的平均半徑與凝固速度之間存時電磁力完

8、全可以抵消兩相密度差，使得熔體處于與在著指數(shù)關(guān)系。[11]空間微重力相似的狀態(tài)。陳煥銘利用電磁模擬裝置2.3急冷快速凝固的研究現(xiàn)狀制備A