1、外磁場對定向凝固枝晶組織形貌的影響摘 要：合金在外加穩(wěn)恒橫向磁場下的程度定向凝固過程中，改變外加磁場強度和固液界面挪動速度可以影響合金凝固后枝晶一次臂間距變化，發(fā)現(xiàn)一次臂間距隨外加磁場增大而呈現(xiàn) 震蕩波動增大現(xiàn)象，這種起伏波動是熱電磁流體動力學效應與電磁制動效應共同作用的結果。關鍵詞：熱電磁流體動力學效應；程度定向凝固；穩(wěn)恒橫向強磁場；一次臂間距AbstractAl-4.0%Cu、Al-11%Si alloy is solidified under transverse static magnetic field at horizonatl directionalsolidify device

2、. The measured prime dendritic spacing, increasingly, oscilate with magnetic field intensity and dragging speed of solid-melt interface. The oscilation is caused by TEMHD and MHD.Keywords: thermoelectric magnetohydrodynamic effect;1. 引言隨著電磁冶金技術、磁流體動力學理論的不斷開展，利用外加磁場控制金屬凝固過程中 的熱量、質(zhì)量、動量傳輸及液態(tài)金屬成型過程得到人們的

3、廣泛重視。對于多相合金，溫度梯度、熱電能差及熱電效應將對金屬凝固過程產(chǎn)生多方面影響。對于任意合金凝固過程，只要 存在不同溫度梯度和不同相之間的熱電能差，Seebeck 效應就將發(fā)揮作用進而產(chǎn)生電動力 emf1，emf = - Sthtimes;Gradient(T) ，其中，Sth 為熱電能，說明材料熱電才能的大小，同種材料 固相的熱電能大于液相；合金中導電才能大的成分含量越多的相，熱電能越大。該電動力即電場推動電荷運動形成熱電流 Jth，Jth/sigma;=-Sthtimes;Gradient(T)。當把外加磁場施加到合金凝固體系中時，外加磁場與速度場、熱電流場復合將對糊狀區(qū)枝晶網(wǎng)絡及固液

4、界面前沿產(chǎn)生復雜 的作用和影響。一方面，外磁場與熱電流復合產(chǎn)生推動溶質(zhì)運動的熱電磁流體動力學效應TEHHD2，形成熱電磁流體速度場Jthtimes;B；另一方面，外加磁場與僅由溫度梯度形成 的液相對流速度場及新形成的熱電磁流體速度場復合作用，產(chǎn)生抑止流體運動的磁制動效應 項與 B2 成正比。那么在某一特定凝固條件下 TEHHD 與 MHD 哪一個發(fā)揮主要作用及其發(fā) 揮主要作用的控制條件確實定，將成為實際利用外磁場控制金屬凝固過程首要解決的問題。同時，TEHHD 與 MHD 的交互作用否存在相對穩(wěn)定階段以便于人為控制結晶組織形貌，也需要我們對其進展研究和驗證。2. 實驗方法將 Al-4.0%Cu

5、、Al-11%Si 合金加工成 phi;14times;140 mm 的試樣，每次取用 1 個裝在 phi;16內(nèi) 徑times;150 mm 石英坩堝內(nèi)，兩側用石墨短棒封堵。安裝坩堝到如以下圖 1 所式的程度定向凝固裝置上。開啟加熱系統(tǒng)使試樣充分熔融后，啟動調(diào)速裝置牽引整套定向凝固系統(tǒng)程度右移，使試樣在固定不動的情況下由左到右依次進入冷卻系統(tǒng)經(jīng)歷降溫冷卻過。在此過程的同時，施加橫向穩(wěn)恒磁場。這樣，通過控制程度牽引速度、外加磁場強度參數(shù)，多組不同速圖 1 程度定向凝固裝置構造示意圖度、磁場條件的試樣被制備出來。經(jīng)過對試樣的金相分析測量，繪制得出一次臂間距隨外磁場強度、程度牽引速度的關系圖，用以

6、分析探究熱電磁流體動力學效應在合金定向凝固 過程的作用及影響。3. 實驗結果通過對 Al-4.0%Cu 合金定向凝固條件下的實驗，測得其一次枝晶臂間距隨外加磁場強度變 化的數(shù)據(jù)并繪制出相應變化曲線如以下圖 2 所示。圖 2 一次臂間距與勵磁電流的關系在牽引速度較小的 25micro;m/s 時，一次臂間距隨外磁場的增大先增大后減小，在勵磁電流為 50A 時出現(xiàn)最大值，隨后不斷減小甚至出現(xiàn)小于未加磁場時的情況。隨著牽引速度的增 大，參看40、50、70、100micro;m/s 曲線，一次臂間距呈現(xiàn)出震蕩增大現(xiàn)象，總體上看一次臂間 距隨外磁場增大而不斷增大，但增大過 程是反復波動的，每次出現(xiàn)極大值后必然僅隨出現(xiàn)一個極小值。圖 3 一次臂間距與勵磁電流的關系出現(xiàn)最大值然后不斷減小。特別是 v70micro;m/s 曲線在最小