资源描述：
《强磁场对定向凝固pb_sn共晶生长影响的初步研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第14卷第7期2004年7月8373强磁场对定向凝固Pb2Sn共晶生长影响的初步研究马娟萍任忠鸣邓康李喜吴琼上海大学上海市钢铁冶金重点实验室,上海200072摘要在10T强磁场下对Pb2Sn共晶合金沿垂直向上方向进行定向凝固实验,分析了强磁场对共晶生长的影响.实验发现,强磁场下耦合生长的Pb2Sn共晶两相的排列方向明显偏离垂直方向,极端情况下甚至出现近似横向的排列.这种现象的产生与领先相Pb的磁性能相关.关键词超导强磁场定向凝固Pb2Sn合金共晶生长磁场下的金属共晶凝固过程一直是研究者关注场后,偏晶成分的凝固组织明显细
2、化,过偏晶成分凝[1,2][8～11]的课题.Eisa等进行了旋转磁场下Bi2MnBi共晶固组织的偏析明显改善.王晖等发现,在10T合金凝固的研究,结果表明:较强的旋转磁场对正强磁场下,Bi2Mn合金中顺磁性BiMn相沿磁场取向,在结晶的金属液产生强烈的搅拌作用,增大了原子组织形态发生很大变化,并在缓慢凝固时产生环状组[3]扩散距离,从而引起层片间距增大.Jin等在旋织.但强磁场作用于定向凝固共晶组织的研究尚未见转磁场下凝固的Al2Cu共晶合金中也发现了类似的报道.而强磁场将强大的磁化能量输入到材料中,影现象,并提出了
3、可以用与特征流速有关的Peclet数响材料中原子和分子的排列、匹配、迁移行为,明显[4,5]表征流动对Al2Cu合金的作用.Ren等进行了旋改变材料的热力学状态,从而对多种非磁性材料的凝转磁场下Al2Si共晶定向凝固研究,发现“分离共固组织产生直接的影响.基于此,本文利用超导强磁晶”现象,共晶中的Si偏聚到试棒的外表面.但关场定向凝固实验装置,对10T超导强磁场下共晶Pb2于静磁场下共晶凝固的研究尚未见报道,这是因为Sn合金的定向凝固行为进行研究.普遍认为,在较弱的静磁场中,磁场仅起抑制流动[1,2]1实验方法的作用,
4、而此时的对流对共晶生长影响较小.另一个原因是不易获得10T以上强磁场.实验装置如图1所示.它由超导强磁场和定向近来,低温超导技术的不断完善使强磁场的获凝固炉组成.其中超导磁体可产生轴向稳定的强磁得日益方便和廉价,这为研究合金在强磁场(1T以场,其强度在0～14T可调;定向凝固炉置于磁极上)下的凝固行为提供了可能.1997年,佐佐健介之间,其内腔温度最高达到1600℃,采用铂铑2铂[6]等观察到Al2Si2Fe合金中析出的板状Al29%Si215%热电偶测量温度.实验温度梯度为45K/cm,试样4Fe(顺磁性)取向沿垂直
5、5T磁场的方向;并且他们还下拉速度(即晶体的生长速度)为0.5～10μm/s,观察到Bi24%Mn合金在4.5T强磁场作用下析出的可调.冷却介质为液态Ga2In2Sn合金和循环水.树枝状金属间化合物MnBi(铁磁性)取向沿磁场的方用质量分数w=99.8%的纯Pb和99.99%的纯[7]向.安田秀幸等对偏晶成分Pb215%Cu和过偏晶成Sn配成38.1%Pb的共晶成分,在大气下于石墨坩埚分Pb235%Cu合金的研究结果表明:施加10T强磁中熔化,并且用石英玻璃棒不断搅拌金属液避免铅2003212226收稿,2004202
6、223收修改稿3国家自然科学基金(批准号:50234020,50225416,59871026)、上海市科委重点基础研究(批准号:02DJ14031,03XD14017)、上海市科委国际合作项目(批准号:02111324)和上海市重点学科建设资助项目E2mail:zmrenb@163.com第14卷第7期2004年7月8382实验结果及分析为了研究超导强磁场对共晶合金定向凝固组织的影响,在相同生长速度和温度梯度下,对Pb2Sn共晶合金进行了加磁场和不加磁场的定向凝固实验.图3和4分别是Pb2Sn共晶合金分别在不加磁场和
7、加磁场两种条件下的显微组织.从图中可以看出,其共晶组织形貌为典型的层片状,图中黑色为α(Pb)相、白色为β(Sn)相.无磁场时,共晶两相平行热流方向竖直向上生长,形成竖直向上均匀排列图1实验装置示意图的组织.而施加10T强磁场时,共晶体片层组织斜1—热电隅,2—真空室,3—加热炉丝,4—金属液体,5—超导线圈,6—定向凝固抽拉及冷却装置向排列,偏离了竖直方向,甚至近似呈横向排列.的比重偏析,把溶液浇铸到孔径约为9mm石墨铸模中,制成Sn238.1%Pb的共晶合金试棒.试棒磨去表层氧化皮后,放入内径为8mm,外径为9mm
8、的刚玉管内,用耐火水泥封好,制成实验用试样.分别在有无磁场下进行不同拉速的定向凝固实验.实验时,将封好的试样固定在定向凝固装置中加热至450℃熔化,为使Pb和Sn合完全混合均匀,试样在此温度保温30min后开始下拉,在拉出6～8cm后,使试样迅速进入液态Ga2In2Sn合金中进行液淬.其中加磁场的试样是在整个加热、保温、凝固阶段都
