两相体系中颗粒粗化行为的强磁场控制

Coarsening of particles is a main problem during many material processes, such as semi-solid processing, precipitation strength, inclusion control. High magnetic field, as a new method, being introduced in coarsening process of particles and systematic studies on the particles coarsening under high magnetic field are advantageous to control coarsening process of particles, improve microstructure and properties of materials. Solid/solid, solid/liquid two-phase systems containing weak magnetic particles or magnetic particles that present different energy effects are to be used in this study. With the combination of experiment and theory analysis, the coarsening behaviors of particles under high magnetic fields will be investigated. Based on revealing the effects of high magnetic fields on free energy of each system and diffusion of solute atoms, it is clarified the mechanism of high magnetic fields on the coarsening behaviors of particles, preliminarily established the theoretical model of particles coarsening under high magnetic fields and then suggested technical concept of controlling particles coarsening by using high magnetic fields. The studies might be helpful to establish and enrich the materials science theory under high magnetic fields. It is significant in studying the mechanism of high magnetic fields and developing materials with high magnetic fields.

颗粒粗化是半固态加工、沉淀强化、夹杂物控制等多种材料制备过程的核心问题。将强磁场这一新的控制手段引入颗粒粗化的过程中，系统研究强磁场下颗粒粗化过程的基本规律有利于对颗粒粗化过程进行控制、改善材料的微观组织进而提高其性能。本项目以弱磁性颗粒或强磁场下呈现不同能量效果的磁性颗粒的固/固、固/液两相体系为研究对象，采用实验研究和理论分析相结合的方法，研究强磁场下两相体系中颗粒的粗化行为，揭示强磁场对各个体系自由能及体系内溶质原子扩散行为的影响规律，明确强磁场对颗粒粗化的影响机制，初步建立强磁场下的颗粒粗化理论模型，提出利用强磁场控制颗粒粗化的技术思路。研究结果不仅有助于丰富强磁场材料科学理论，而且对于研究强磁场对材料的作用机理及强磁场下材料的开发具有积极意义。

颗粒粗化行为是半固态加工、液相烧结、难混溶合金凝固、液相合成、沉淀强化、夹杂物控制等多种材料制备过程的核心问题。对颗粒粗化过程进行有效控制可控制材料的微观组织、提高其性能。本课题提出利用强磁场控制颗粒粗化过程，选择含有MnSb相和Co相颗粒的液/固两相体系和含有Al3Li相和MnSb相颗粒的固/固两相体系为研究对象，研究了强磁场下颗粒相在半固态等温处理、液相烧结、球化处理、时效等过程中的粗化行为，明确了强磁场在上述材料过程中对颗粒粗化行为的作用规律，从强磁场对物质表现出的磁化能、各向异性能、洛伦兹力、磁化力、磁力矩、磁偶极子相互作用等效应的角度揭示了强磁场对液/固和固/固两相体系内颗粒熟化行为的作用机制，提出了强磁场控制颗粒粗化的技术原型，并利用强磁场制备出高取向度的稀土-铁基合金。在上述研究基础上，本项目将研究拓展至湿化学法生成纳米颗粒的液/固两相溶液体系中，探索利用强磁场控制纳米颗粒的粗化行为。同时，课题组将研究得到的颗粒粗化理论应用到硬质合金的液相烧结过程，通过控制晶粒长大和原子扩散，制备出超细晶梯度硬质合金。本课题的研究结果对丰富外场作用下颗粒熟化的基本理论、深化强磁场材料科学研究，具有重要的理论意义。本课题按照计划书的要求，顺利完成了研究计划要点包括的内容，实现了本课题计划书的预期目标。根据本课题的研究结果，课题组在国内外重要期刊上共发表论文13篇（其中，被SCI收录12篇次，EI收录11篇次）；发表会议论文9篇（其中做邀请报告5次），参与主办国际会议1次；申请国家发明专利5项，其中，获得授权2项；参编出版专著3部。课题执行期间，培养博士后1人（出站1人）、博士研究生3人（毕业2人）、硕士研究生3人（毕业3人）。在课题执行期间，课题组同德国、日本、法国和瑞典的大学和研究所开展了联合培养博士和博士后、大型仪器设备共享、定期学术交流等方式的合作研究。