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《強磁場對定向凝固pb_sn共晶生長影響的初步研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第14卷第7期2004年7月8373強磁場對定向凝固Pb2Sn共晶生長影響的初步研究馬娟萍任忠鳴鄧康李喜吳瓊上海大學(xué)上海市鋼鐵冶金重點實驗室,上海200072摘要在10T強磁場下對Pb2Sn共晶合金沿垂直向上方向進行定向凝固實驗,分析了強磁場對共晶生長的影響.實驗發(fā)現(xiàn),強磁場下耦合生長的Pb2Sn共晶兩相的排列方向明顯偏離垂直方向,極端情況下甚至出現(xiàn)近似橫向的排列.這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與領(lǐng)先相Pb的磁性能相關(guān).關(guān)鍵詞超導(dǎo)強磁場定向凝固Pb2Sn合金共晶生長磁場下的金屬共晶凝固過程一直是研究者關(guān)注場后,偏晶成分的凝固組織明顯細
2、化,過偏晶成分凝[1,2][8～11]的課題.Eisa等進行了旋轉(zhuǎn)磁場下Bi2MnBi共晶固組織的偏析明顯改善.王暉等發(fā)現(xiàn),在10T合金凝固的研究,結(jié)果表明:較強的旋轉(zhuǎn)磁場對正強磁場下,Bi2Mn合金中順磁性BiMn相沿磁場取向,在結(jié)晶的金屬液產(chǎn)生強烈的攪拌作用,增大了原子組織形態(tài)發(fā)生很大變化,并在緩慢凝固時產(chǎn)生環(huán)狀組[3]擴散距離,從而引起層片間距增大.Jin等在旋織.但強磁場作用于定向凝固共晶組織的研究尚未見轉(zhuǎn)磁場下凝固的Al2Cu共晶合金中也發(fā)現(xiàn)了類似的報道.而強磁場將強大的磁化能量輸入到材料中,影現(xiàn)象,并提出了
3、可以用與特征流速有關(guān)的Peclet數(shù)響材料中原子和分子的排列、匹配、遷移行為,明顯[4,5]表征流動對Al2Cu合金的作用.Ren等進行了旋改變材料的熱力學(xué)狀態(tài),從而對多種非磁性材料的凝轉(zhuǎn)磁場下Al2Si共晶定向凝固研究,發(fā)現(xiàn)“分離共固組織產(chǎn)生直接的影響.基于此,本文利用超導(dǎo)強磁晶”現(xiàn)象,共晶中的Si偏聚到試棒的外表面.但關(guān)場定向凝固實驗裝置,對10T超導(dǎo)強磁場下共晶Pb2于靜磁場下共晶凝固的研究尚未見報道,這是因為Sn合金的定向凝固行為進行研究.普遍認為,在較弱的靜磁場中,磁場僅起抑制流動[1,2]1實驗方法的作用,
4、而此時的對流對共晶生長影響較小.另一個原因是不易獲得10T以上強磁場.實驗裝置如圖1所示.它由超導(dǎo)強磁場和定向近來,低溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷完善使強磁場的獲凝固爐組成.其中超導(dǎo)磁體可產(chǎn)生軸向穩(wěn)定的強磁得日益方便和廉價,這為研究合金在強磁場(1T以場,其強度在0～14T可調(diào);定向凝固爐置于磁極上)下的凝固行為提供了可能.1997年,佐佐健介之間,其內(nèi)腔溫度最高達到1600℃,采用鉑銠2鉑[6]等觀察到Al2Si2Fe合金中析出的板狀A(yù)l29%Si215%熱電偶測量溫度.實驗溫度梯度為45K/cm,試樣4Fe(順磁性)取向沿垂直
5、5T磁場的方向;并且他們還下拉速度(即晶體的生長速度)為0.5～10μm/s,觀察到Bi24%Mn合金在4.5T強磁場作用下析出的可調(diào).冷卻介質(zhì)為液態(tài)Ga2In2Sn合金和循環(huán)水.樹枝狀金屬間化合物MnBi(鐵磁性)取向沿磁場的方用質(zhì)量分數(shù)w=99.8%的純Pb和99.99%的純[7]向.安田秀幸等對偏晶成分Pb215%Cu和過偏晶成Sn配成38.1%Pb的共晶成分,在大氣下于石墨坩堝分Pb235%Cu合金的研究結(jié)果表明:施加10T強磁中熔化,并且用石英玻璃棒不斷攪拌金屬液避免鉛2003212226收稿,2004202
6、223收修改稿3國家自然科學(xué)基金(批準號:50234020,50225416,59871026)、上海市科委重點基礎(chǔ)研究(批準號:02DJ14031,03XD14017)、上海市科委國際合作項目(批準號:02111324)和上海市重點學(xué)科建設(shè)資助項目E2mail:zmrenb@163.com第14卷第7期2004年7月8382實驗結(jié)果及分析為了研究超導(dǎo)強磁場對共晶合金定向凝固組織的影響,在相同生長速度和溫度梯度下,對Pb2Sn共晶合金進行了加磁場和不加磁場的定向凝固實驗.圖3和4分別是Pb2Sn共晶合金分別在不加磁場和
7、加磁場兩種條件下的顯微組織.從圖中可以看出,其共晶組織形貌為典型的層片狀,圖中黑色為α(Pb)相、白色為β(Sn)相.無磁場時,共晶兩相平行熱流方向豎直向上生長,形成豎直向上均勻排列圖1實驗裝置示意圖的組織.而施加10T強磁場時,共晶體片層組織斜1—熱電隅,2—真空室,3—加熱爐絲,4—金屬液體,5—超導(dǎo)線圈,6—定向凝固抽拉及冷卻裝置向排列,偏離了豎直方向,甚至近似呈橫向排列.的比重偏析,把溶液澆鑄到孔徑約為9mm石墨鑄模中,制成Sn238.1%Pb的共晶合金試棒.試棒磨去表層氧化皮后,放入內(nèi)徑為8mm,外徑為9mm
8、的剛玉管內(nèi),用耐火水泥封好,制成實驗用試樣.分別在有無磁場下進行不同拉速的定向凝固實驗.實驗時,將封好的試樣固定在定向凝固裝置中加熱至450℃熔化,為使Pb和Sn合完全混合均勻,試樣在此溫度保溫30min后開始下拉,在拉出6～8cm后,使試樣迅速進入液態(tài)Ga2In2Sn合金中進行液淬.其中加磁場的試樣是在整個加熱、保溫、凝固階段都
