声-电物理场下镁合金熔体中夹杂物碰撞聚合及迁移和氢去除机理研究

由于镁合金易氧化燃烧且吸氢严重制约着高质量镁合金锭坯的制备，因此镁合金熔体中夹杂物及氢的控制已成为当今镁合金研究领域的热点问题。本申请提出利用声-电物理场来去除镁合金熔体中夹杂物及氢。根据两种物理场各自的特点，重点考察镁合金熔体中夹杂物的种类、形态及氢含量，研究超声凝聚效应对镁合金熔体中夹杂物聚集长大及电磁场对夹杂物定向迁移的热力学和动力学机制，并探讨声/电物理场作用下氢去除机理；考察超声施加方式、频率和作用时间与电磁场施加方式、频率、强度和作用时间等参数对夹杂物聚集的速度、时间、运动轨迹与程度、定向迁移速度、分离效果及其对力学性能的影响规律。在上述研究基础上，开发出镁合金熔体夹杂物定向迁移及氢去除的声-电物理场控制装置与技术原型，实现镁合金熔体的高度净化，为该方法在工业生产中的应用奠定理论基础。

由于镁合金易氧化燃烧且吸氢严重，制约着高质量镁合金锭坯的制备，因此镁合金熔体中夹杂物及氢的控制已成为当今镁合金研究领域的热点问题。本申请提出采用声-电物理场去除镁合金熔体中夹杂物及氢的新方法新工艺来解决上述问题。.本项目系统研究了超声场下镁合金熔体中夹杂物碰撞聚合及迁移规律，明确了超声传播行为与夹杂物运动轨迹及其迁移所需时间之间的关系，掌握了镁合金熔体净化的超声场调控方法。首次发现镁合金熔体中的夹杂物只有在超声传播过程中形成驻波场才能高效碰撞、凝聚与迁移，进而实现熔体的高效净化。发现熔体中不同位置处的夹杂物会在驻波声辐射力作用下在短时间内完成向驻波波声节点处迁移凝聚，进而实现熔体中夹杂物的高效去除。.系统研究了镁合金熔体中夹杂物尺寸及密度和时均声能密度等参数对夹杂迁移行为的影响，发现不同尺寸的夹杂均可以发生凝聚，尺寸越小所需要凝聚时间越长，夹杂物与熔体的密度即使接近，超声驻波场的净化作用也可有效而且在合理的时均声能密度下在较短的时间内实现有效净化。.系统开展了镁合金熔体中氢存在状态及去除方面的研究，提出减压凝固法与直接抽取法相结合的方法来表征镁合金中氢含量，建立了镁熔体中氢含量与密度之间的关系，实现了镁熔体中氢含量的快速表征；首次提出利用超声空化效应产生的空化泡与超声波链式相互作用，使空化泡与超声处于共振状态，进而实现空化泡对熔体中氢的捕捉，达到氢的快速去除，建立了氢含量-致密度-性能之间的关系。解决了镁合金中氢含量如何表征及如何去除的难题。.首次提出声-电相结合的方法作用于镁合金熔体，揭示了超声驻波场形成的凝聚效应及电磁场形成的挤压迁移效应是实现熔体中夹杂物碰撞聚合及迁移的物理本质，发现超声空化效应是熔体除氢的驱动力。明确了声-电场作用下镁熔体中夹杂物定向迁移和氢去除的热力学和动力学机制，建立了镁合金熔体外场净化理论及其调控方法。.对不同体系镁合金中夹杂物的种类、数量、形貌与分布规律进行了系统的研究，构建了涡流电导率与夹杂物之间的数学模型，采用超声相控阵与涡流电导率测定相结合的技术实现了镁合金净化程度的快速表征，明确了超声检测波形变化与不同合金体系的铸造缺陷种类与形态之间以及内部组织等噪音干扰等的明确物理关系，建立了镁合金熔体中夹杂物的表征方法及其与材料性能之间依存关系。.项目承担期间申请专利2项，获批专利1项，发表论文11篇，其中SCI收录4篇，EI收录7篇。