[发明专利]用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于流场形态显示的Al‑Ag‑Ge合金，所述合金的化学式为Al_xAg_yGe_z，其中：x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100‑x‑y。该合金的熔体在凝固的过程中能够保留熔体内的流动效应，漩涡状凝固组织呈现于Al‑Ag‑Ge球形颗粒的内部与表面，能够全面地显示不同区域的流场形态。该特性为合金熔体内流场的可视化研究提供了全新的研究思路和研究方法，相较于现有的数值模拟及实验模拟的研究方法，解决了现有的以模拟研究方法为主的流场可视化技术难以直接与准确获取合金熔体内流场形态的问题。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体为一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法。

背景技术

在合金熔体的凝固过程中，液相及半固态糊状区的流动对于液固界面前沿的温度场与溶质场具有显著影响，从而影响凝固组织的形成。通过流场可视化方法获取合金熔体内的流场形态，并研究熔体流动对凝固组织形成的影响，是凝固科学的一个重要研究课题。

由于合金熔体通常处于高温、不透明状态，难以对熔体流动进行常规的直接观察或测量。目前，合金熔体内流场的可视化方法，以模拟方法为主。主要采用下列几种途径：

(1)数值模拟方法。该类方法通过数值仿真的方法对合金凝固过程进行建模，用于模拟合金熔体的流动过程。例如，专利CN103279630A提供了一种激光深熔点焊匙孔动态成形数值模拟方法，该发明利用FLUENT平台对激光焊接过程进行建模，并在模型中考虑熔体流动，通过计算获取激光焊接过程中熔体内的速度场。该类方法通过计算机建模，相比于实验方法更为简便。但在建模过程中往往需要进行大量的假设，以简化模型，而计算的准确度与模型假设、边界条件等相关，因此导致计算结果与实际熔体流场之间存在误差。因此，采用数值模拟方法尚不足以准确获取熔体内的流场形态。

(2)物理模拟方法。该类方法利用透明溶液作为模型合金，结合流场可视化技术对模型合金内的流场进行观测，以作为对实际合金熔体流动的模拟。例如，专利CN104164537A提供了一种炼钢过程中真空精炼物理模拟试验方法及装置，该发明采用粒子图像测速法，在透明液体中加入示踪粒子，通过流场可视化方法获取模拟对象内的流场空间结构以及流动特性，用于模拟实际的炼钢过程。对于此类方法，尽管示踪粒子的直径通常很小，但示踪粒子的引入，必然对溶液的流动状态造成影响。并且由于所选取的透明溶液的性质与实际合金熔体之间存在差异，以及物理模拟时的实验条件与实际凝固条件之间存在的差异，进一步影响了研究的准确性。

由于现有的模拟研究方法存在的局限性，需要对熔体流动及流场形态进行直接观测与研究。由于熔体内流场难以进行直接观测，通过凝固组织研究合金凝固前的熔体流动是一种理想的研究方法。研究者从凝固实验的角度进行分析，通过优化合金成分设计，并结合特殊的凝固技术，使得凝固组织在形成过程中保留熔体流动时的流场特征。该研究流程作为一种直接的流场研究方法，相比于间接的模拟研究方法，其所获取的研究结果更接近真实情况。申请人曾通过落管无容器快速凝固技术，制备了Al₅₇Ag₁₂Ge₃₁合金的球形颗粒(Structural evolution and micromechanical properties of ternary Al-Ag-Gealloy solidified under microgravity condition,Acta Materialia,141(2017)456-465)，该合金的凝固组织在形成过程中，熔体中的富(Ge)相微小液滴在Marangoni效应的作用下向熔体边缘处运动，在合金颗粒边缘的凝固组织中可以观察到特殊的(Ge)圆环。但目前的主要问题在于，目前所已知的合金熔体，其流动状态难以在凝固组织中保留，因此尚不足以通过凝固组织结构获取熔体在凝固前的流动状态与流场形态，需要对合金成分的设计与凝固方式做进一步的优化。

发明内容

(一)要解决的技术问题