强磁场作用下原子扩散行为的研究进展.pdf

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1、强磁场作用下原子扩散行为的研究进展木丁亮1，牛涛2，张艳苓2，覃继宁1，范同祥1，侯红亮2(1．上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海201112；2．中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024)【摘要】在材料电磁过程研究中，有关强磁场在材料扩散连接领域的研究和实践已取得了巨大成果，强磁场下原子扩散行为的研究可以为其工业应用提供依据。综述了强磁场对间隙扩散和空位扩散影响的研究结果和机制，对存在的问题进行了归纳总结，并对强磁场下扩散连接的研究趋势和发展前景进行了展望。关键词：强磁场；间隙扩散；空位扩散；影响机制AdvanceinA

2、tomDiffusionBehaviorUnderHighMagneticFieldDINGLian91，NIUTa02，ZHANGVailing，TANJinin91，FANTongxian91，HOUHonglian92(1．StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai201l12，China；2．AVICBeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitude，Bei

3、jing100024，China)【ABSTRACTJThestudiesandapplicationsofhighmagneticfieldinthefieldofmaterialDBprocesshavemadegreatachievement．ResearchofatomdiffusionbehaviorinhighmagneticfieldCanprovidethebasisforitsindustrialapplication．Theinfluenceresultsandmechanismsofhighmagneticfieldon

4、interstitialdiffusionaswellasvacancydiffusionarere—viewedrespectivelyindetailsanddiscrepanciesamongtheseresultsaresummarized．ThetrendsandpotentialprospectsofDBprocessunderahi【ghmagneticfieldarealsodiscussed．Keywords：Highmagneticfield；Interstitialdiffusion；Vacancydiffusion；I

5、mpactmechanismDOI：10．160800．issnl671-833x．2016．11．064强磁场是一种重要的外部物理条件，与普通电磁场的力效应和热效应不同，强磁场能够将强大的磁化能量无接触地传递到材料的原子尺度，明显改变材料的热力学状态，影响材料中原子和分子的排列、匹配、迁移等行为【11。近年来，随着低温超导技术的快速发展，超导强磁场的获得日趋轻便、经济，强磁场装置的生产已达到产业化。目前，强磁场在控制材料的物理化学过程、相变、热处理、结晶凝固、液体悬浮与分离等方面均取得了大量的科研成果，发现了很多新现象或者制备新型功能和结构

6、材料，并诞生了强磁场材料学。扩散焊可以焊接其他方法难以焊接的材料，尤其是异种材料之间的结合，并且其接头显微组织和性能与母材接近，不存在气孔、宏观裂纹等缺陷。研究表明扩散焊中的许多过程，如固态相变、晶粒生长、晶界迁移以及再结晶等，都与扩散密切相关【2】。而研究发现，磁场对上述物理过程都有着重要影响[3-81。然而由于原子扩散速率缓慢导致的工艺效率低下成为其主要弊端，限制了该技术的应用。因此，在技术角度探索通过施加强磁场{基金项目：国家重点基础研究计划项目(N0201ICB012803)。64航空制造技术·2016年第11期来提高工艺效率，在科学

7、角度研究强磁场下固态原子的扩散行为，具有十分重要的意义。本文综述了目前国内外该领域的研究现状，重点分析了强磁场对扩散的影响机制，并对该领域存在的问题进行了归纳总结。1物理原理磁场对物质主要有3种基本作用效果：磁化力、磁自由能和洛伦兹力【9】。其中，磁化力凡=1／2×：xV／H2，可见磁化力只有在梯度磁场或者磁化率分布不均匀的情况下存在。磁自由能密度由∞。=1／2zH=给出，对于常见顺磁物质，lT下能量密度约为101／g，该值相对于原子的热振动可以忽略不计。磁场对固态物质的洛伦兹力作用，微观上主要表现在自由电子(尤其是在金属中)，在磁场下的回旋

8、效应，宏观上则表现为霍尔效应和磁致电阻，然而由于杂质和晶格热振动的强烈干预，该效应只有在强磁场、高纯度、极低温的条件下非常明显。对于带电的流体或者具有强导电能力的液