强静磁场作用下二元共晶形态演化及生长机制的研究

共晶是最常见的合金凝固组织和制备自生复合材料体系。本项目拟以"强静磁场"为研究手段，"共晶生长"为研究对象，通过考察强静磁场作用下二元共晶在凝固过程中形态和晶体学特征演化规律，探索强静磁场下二元共晶的生长机制和诱生金属基复合材料的新方法。拟以典型片状Al-Al2Cu、Pb-Sn和纤维状Al-Al3Ni、Bi-MnBi共晶为例，考察在定向凝固过程中磁场矢量和温度梯度矢量对共晶生长方向、两相配位关系、共晶间距和形貌稳定性的影响规律；着重探明强静磁场下共晶取向形成机制和固相所受热电磁力和磁化力对共晶形貌稳定性的影响规律，创建应力作用下片状共晶稳定性理论，发展和丰富共晶理论。以不规则Fe-C和Al-Si纤维状共晶为例，研究强静磁场下共晶中纤维相取向和不规则共晶纤维向规则纤维转变的规律，探明在强静磁场下共晶纤维的取向规律和机理，提出基于强静磁场取向共晶纤维制备金属基纤维增强复合材料的新技术。

研究了稳恒强磁场对定向凝固Al-Al2Cu和Al-Al3Ni共晶显微组织的影响。在Al-Al2Cu和Al-Al3Ni共晶的生长中，发现强磁场减小片状和纤维状共晶间距，导致带状组织的形成；并可以引发片状共晶的退化。.在拉速R=1μm/s的条件下，选取无磁场与10T强磁场下定向凝固样品，运用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）与高分辨电子显微技术（HREM）研究了无磁场与强磁场下Al-Al2Cu共晶横纵截面的取向和显微结构及层片间的位向关系，利用极图解析了强磁场对Al-Al2Cu取向及位向关系的影响，从而提出了磁场对该共晶合金生长影响机理。.施加磁场前后Al-Al2Cu共晶的金相组织明显不同。无磁场时，Al-Al2Cu共晶组织为典型的共晶层片状；随着磁场强度的增加，Al-Al2Cu定向凝固共晶横截面组织趋于扭曲、紊乱、分叉。特别当磁场强度大于6T后，共晶层片的扭曲分叉变得更为明显。10T强磁场下，Al-Al2Cu共晶层片均匀地以网状分布。对于Al-Al2Cu定向凝固共晶纵截面，随着磁场强度的增加，纵截面共晶组织仍沿热流反方向生长，但组织明显变细。.TEM结果显示，无磁场时定向凝固Al-Al2Cu共晶组织无取向，而施加10T强磁场后，Al2Cu共晶组织取向，<001>Al2Cu与<001>Al转到与磁场方向一致。无磁场时Al2Cu晶粒和Al基体之间有位向关系为“{ }Al2Cu//{ }Al，<111>Al2Cu与<211>Al之间相差大约5º”。施加磁场后，Al2Cu晶粒和Al基体间的位相关系为“{310}Al2Cu//{020}Al，<001>Al2Cu与<001>Al 之间相差大约7º” 。虽然由于不同晶粒的Al-Al2Cu位向关系本身就存在10°左右差异，因此施加磁场前后所观察到Al-Al2Cu的相对位向关系近似等价，但是施加强磁场后位向关系从倾向于“{ }Al2Cu//{ }Al，<111>Al2Cu//<211>Al”转为倾向于“{310}Al2Cu//{020}Al，<001>Al2Cu//<001>Al”。此外强磁场作用生长下的共晶内存在大量位错，经分析为1/2<110>类型。.在以上实验结果的基础上，提出了在磁场下共晶生长过程中扩散边界层磁化和溶质富积模型，认为由于在固液界面处溶质富积，因而改变磁化率，从而导致磁力线发生弯曲，产生横向磁场梯度，