论文部分内容阅读
光学正日益应用于各个领域,通过光学手段分析凝固组织形貌可以间接获得合金凝固行为方面的信息,而通过光学表征手段可以直接获得透明熔体形核、生长、流动等方面的信息。另一方面,对凝固行为和凝固机制的理解一直是科学工作者追求的目标,研究表明旋转磁场和静磁场具有影响合金凝固行为的重要作用,但是,对磁场在凝固过程中的作用机制的研究还处于探索阶段,很多问题尚待解决。因此,本文着手应用凝固组织光学分析等方法研究旋转磁场和静磁场对Pb-Sn、Sn-Bi和Bi-In共晶型合金凝固行为的影响,并研究如何将光学表征方法应用于合金凝固实时观察领域,主要取得以下结果: 自行设计了450mT旋转磁场实验装置并在磁场条件下和常规条件下对Pb-Sn、Sn-Bi和Bi-In共晶型合金进行了熔化和凝固实验。 研究了Pb-50%Sn、Pb-58%Sn亚共晶合金和Pb-64%Sn、Pb-68%Sn过共晶合金的凝固组织形貌特征,发现旋转磁场具有消除宏观偏析,碎断和细化枝晶,加快固液界面的溶质扩散速度以及在合金中产生团状组织等作用。分析认为宏观偏析的消除,枝晶的碎断和细化以及溶质扩散速度的增大主要是由旋转磁场引起的熔体内部复杂流动导致的,而团状组织的出现主要是由熔体流动引起的浓度场和温度场均匀化导致的。对于Pb-50%Sn、Pb-68%Sn合金,研究发现450mT静磁场的作用效果不明显。 研究了Sn-50%Bi、Bi-63%In亚共晶合金和Sn-64%Bi、Bi-69%In过共晶合金的凝固组织形貌和凝固温度曲线特征,进一步验证了旋转磁场具有消除宏观偏析,碎断和细化枝晶等作用,发现旋转磁场对固溶体枝晶和金属间化合物枝晶的作用效果基本相同,发现450mT旋转磁场引起的熔体流动对小平面(Bi)相的影响不显著,发现旋转磁场具有加快合金冷却速率和促进熔体形核的作用。 研究了光学表征方法在凝固领域,尤其是晶体生长领域的应用现状,结合金属凝固的特点,提出了金属表面凝固光学观察法、X-ray二维金属凝固实时观察法、X-ray三维金属凝固实时观察法等方案。