磁场对铝硅合金凝固组织和变质处理的影响

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1、大连理工大学博士学位论文1．绪论材料科学的发展对国民经济和科技的进步起到了积极的推动作用。材料是制造业的基础，因此从某种意义来说，经济的发展取决于材料和其制备过程。同时现代社会的不断发展，对材料的各项性能也提出了越来越严格的要求。在材料科学领域，开发新技术、采用新工艺是提高材料性能和开发新材料的主要手段。近年来，材料的电磁加工(ElectromagneticProcessingofMaterials。简称EPM)的研究备受瞩目Eli。所谓“材料电磁加工EPM”是指将电磁场应用于材料制备和加工及处理过程，从而实现对材料工艺过程的控制及组织性能的

2、改善。在新的世纪里，能源、材料和环境之间的联系不再被忽略，可持续发展已成为关键的问题。电磁场具有许多电热技术无法比拟的优点，最显著特点是将电磁能以“场”的形式转换为材料制备过程中的热能和动能，对材料的制备工艺、组织和性能产生质的影响．从环境学的角度看，电磁设备和材料之间不直接接触，对自然环境影响很小，另外也使被加工的材料污染较小，可生产出高纯度的材料[2]。特别是随着超导强磁场技术的发展，可能开发无限的新材料和新工艺。+由于电磁场具有能量密度高、清洁、可精确设计和可控性等优点，美国、日本、法国等国家都非常重视在这方面的研究，并投入了大量的人力

3、、物力和资金。日本相继成立了“材料电磁加工技术研究会”、“利用电磁力的新一代金属成型法国际研究促进会”，并于1995年启动了。EPM新拓展”重大研究项臣[3】。韩国设立了1998～2007年“HIPER--21”国家重大规划项目，全面开展电磁力在凝固和材料制备中的作用机理研究。我国在近十年来也大力开展材料电磁加工，并取得了许多科研成果。为将电磁场应用在不同材料的制备和加工及处理过程中，首先要明确各种材料的磁性。1．1依据磁性的物质分类磁现象是普遍存在的，这种普遍性表现在：任何物质都具有磁性，只是磁性的强弱不同，有的物质磁性强，有的物质磁性弱；

4、任何空间都存在磁场，只是磁场的强弱不同，有的地方高，有的地方低[4]。磁的应用可以说在日常生活和生产中随处可见，如磁电机、电声器件、仪表、磁悬浮系统、磁选机、磁卡、核磁共振等等。地球就是一个巨大的磁场，其磁场强度为0．5高斯。．1-磁场对铝硅合金凝固组织和变质处理的影响所有的材料都可以磁化[5]。磁化率z一等是材料磁化难易程度的标志。在同样大』I小的磁场中，磁化率大的材料呈现的磁化强度就大。根据磁化率可以将材料分成弱磁性材料和强磁性材料两大类。在弱磁性材料中，根据磁化率的不同又可分成如下几种：在外磁场作用下磁化方向与磁场方向相反，且磁化很弱的

5、是逆磁性材料，这种材料的磁化率x(o。在外磁场作用下磁化方向与磁场方向相同，但磁化也很弱的是顺磁性材料，这种材料的磁化率x)O。在外磁场作用下磁化方向与磁场方向相同，但磁化也很弱的还有反铁磁材料，这种材料的磁化率劢0，且其数值与顺磁性材料相仿。这种材料与顺磁性材料的区别是组成材料的原子磁距之间的排列方式不同。逆磁性材料，顺磁性材料，反铁磁材料都是弱磁性材料，也可称为非磁性材料。在强磁性材料中，根据磁化率的不同又可分成如下几种：在外磁场作用下磁化方向与磁场方向相同，但磁化很强的是亚铁磁材料，这种材料的磁化率z)o且数值很大．在强磁性材料中还有一

6、种称铁磁材料如硅纲片，这种材料的磁化率z))1，其与亚铁磁材料的区别是组成材料的原子磁距之间的排列方式不同。亚铁磁材料，铁磁材料属于强磁性材料，也可称为磁性材料。任何微观粒子(原子、分子)都处于热运动状态中，热运动的强弱正比于KT，其中K是玻尔兹曼常数，T是物体的绝对温度。热运动使每个原子磁距的方向不断地、无规则地变化，因而互相抵消。原子磁矩包括轨道磁距和自旋磁距。轨道磁距即电子绕原子核运动形成一环形电流，该电流环相当于一磁距，称为电子的轨道磁距；自旋磁距由量子效应造成，在空间有正反两种取向。因此，如果没有其它因素的影响，材料就不会具有磁距。

7、但是原子磁距之间还存在着交换作用。这是由于原子的磁性电子在空间有一定的运动范围，当两个原子的磁性电子的运动范围在空间有所重叠时，就产生相当强烈的交换作用。强磁性材料中，这种作用比室温下热运动导致原子磁距无规则取向的作用要强得多，因此磁性电子的相互取向就取决于交换作用的性质[6]。根据磁矩和交换作用也可以将材料分成弱磁性材料和强磁性材料两大类。在弱磁性材料中，根据磁矩和交换作用的不同，也可将材料分成逆磁性材料、顺磁性材料、反铁磁性材料3种：．2-大连理工大学博士学位论文原子没有磁矩的是逆磁性材料。如果磁性电子之间相距较远，磁性电子的运动范围不相

8、重叠，则它们之问无交换作用。在这类材料中，原子磁距的取向由热运动所决定．所以材料无固有磁距。但在外加磁场作用下，这类材料显微小正向磁距，即磁化率为正。此即顺磁性材料