强磁场下Fe-Sn偏晶合金凝固行为研究

论文摘要

偏晶合金具有许多优异的物理、化学特性,具有广泛的应用前景,而引起广大研究者的关注。但是由于大多数偏晶合金系组元间的密度和熔点相差很大,而且在较大的温度区间和成分范围内存在着两液相难混溶区,因此极易产生重力偏析,常规方法难以获得均匀的组织。近些年来,超导强磁场的迅速发展和应用,使磁场的应用范围从传统的以铁磁性材料为主扩大到整个材料领域,成为材料制备过程中的一个重要的新手段。通过控制优化磁场条件可以有效抑制偏晶合金的重力偏析,本文正是利用强磁场的这一特性来研究其对偏晶合金凝固行为的影响。本文采用12T超导强磁场和1200℃真空加热炉研究了强磁场对Fe-Sn二元偏晶合金凝固组织的影响。探讨了Fe-46%Sn和Fe-49%Sn两种合金在不同磁感应强度、不同工艺条件下的凝固组织变化规律及其对合金磁性能的影响,并从理论上进行了分析,得到以下结论：1.在无磁场条件下,Fe-Sn偏晶合金中富Fe相主要以枝晶、胞状晶为主,无规则地排列在基体中；而施加磁场后Fe-Sn合金中富Fe相沿磁场方向呈现一定取向排列。2.施加强磁场后Fe-46%Sn合金中富Fe相主要呈现竹节状,沿磁场方向排列；而Fe-49%Sn合金中富Fe相呈条状平行磁场方向排列。并且随着施加磁场强度的增加,合金中凝固组织的取向排列越加明显。3.X射线分析表明,强磁场下Fe-49%Sn合金在平行磁场截面的αFe（110）面衍射峰强度增强。理论分析表明,平行（110）面的[001]轴为αFe的优先生长轴,在磁场作用下αFe沿[001]轴向优先生长,促使富Fe相的取向排列。而Fe-46%Sn合金中,施加强磁场对平行磁场截面的αFe（110）面衍射峰强度的影响并不显著。4.在冷却速度较慢的情况下,更有利于Fe-Sn合金中富Fe相在生长初始阶段的旋转取向,促进富Fe相的取向排列。5.施加强磁场形成的Fe-Sn合金凝固组织的取向排列可以显著影响Fe-Sn合金的磁性能。对于Fe-49%Sn合金,饱和磁化强度Ms和剩余磁化强度Mr随着凝固时施加磁感应强度的增加而增加,随着凝固冷却速度的降低而增加,随着保温时间的增加而增加；矫顽力Hc随着凝固过程中施加磁感应强度的增加而增强,随着冷却速度的降低而减少,随着保温时间的增加而增强。而对于Fe-46%Sn合金来说,凝固时施加磁场对其磁性能的影响变化有波动,不像Fe-49%Sn合金那么明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 物质的基本磁性特点
• 1.1.1 铁磁性与铁磁性物质
• 1.1.2 反铁磁性与反铁磁性物质
• 1.1.3 磁化率
• 1.1.4 磁各向异性
• 1.2 强磁场在材料科学中的应用
• 1.2.1 强磁场中材料组织取向的研究
• 1.2.2 强磁场控制流体流动的研究
• 1.2.2.1 强磁场抑制流体流动作用
• 1.2.2.2 强磁场引起液体流动的作用
• 1.3 偏晶合金研究现状
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 偏晶合金的相分离机制研究内容及方法
• 1.3.3 偏晶合金制备方法
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第二章 实验设备及方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 超导强磁场系统
• 2.2.2 真空加热炉系统
• 2.3 实验准备
• 2.3.1 试样的成分选择
• 2.3.2 实验温度参数及保温时间的确定
• 2.3.3 试样初始状态
• 2.3.4 坩埚的选择
• 2.4 实验方案
• 2.5 实验结果的观察方法
• 2.5.1 侵蚀剂的选择
• 2.5.2 试样组织的观察方法
• 第三章 强磁场对Fe-Sn偏晶合金凝固组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 强磁场下Fe-Sn偏晶合金凝固组织
• 3.2.1 不同成分Fe-Sn偏晶合金的凝固组织
• 3.2.2 不同制备条件下Fe-Sn偏晶合金的凝固组织
• 3.3 Fe-Sn偏晶合金凝固组织的X射线衍射分析
• 3.4 实验结果讨论与分析
• 3.4.1 Fe-Sn偏晶合金的凝固过程
• 3.4.2 强磁场作用下Fe-Sn偏晶合金定向排列凝固组织的形成过程
• 3.4.3 合金中富Fe相晶体取向程度的计算
• 第四章 强磁场对Fe-Sn偏晶合金磁性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Fe-Sn偏晶合金磁化曲线测量与分析
• 4.2.1 不同成分Fe-Sn偏晶合金的磁化曲线
• 4.2.2 不同制备条件下Fe-Sn偏晶合金的磁化曲线
• 4.3 Fe-Sn偏晶合金磁滞回线
• 4.3.1 不同成分Fe-Sn偏晶合金的磁滞回线
• 4.3.2 不同制备条件下Fe-Sn偏晶合金的磁滞回线
• 4.4 实验结果讨论与分析
• 4.4.1 磁各向异性
• 4.4.2 磁参量
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介