[发明专利]一种利用强磁场调控难混溶合金组织的方法

说明书

本发明公开了一种利用强磁场调控难混溶合金组织的方法，包括：将切割的Cu₅₀Co₅₀难混溶合金纽扣锭放入石英管中，表面覆盖B₂O₃；将装入切割的Cu₅₀Co₅₀难混溶合金纽扣锭的的石英管放入到强磁场材料处理装置内部的匀强磁场中，先在无磁场下进行非平衡凝固处理得到180K‑300K大过冷度的核壳结构，然后将非平衡凝固处理得到的合金再次进行5‑10T强磁场下热处理，得到均质的组织结构。本发明对已有的Cu₅₀Co₅₀难混溶合金进行强磁场处理，磁场处理并不改变原有合金的相组成，处理后的Cu₅₀Co₅₀难混溶合金微观组织发生了明显改变：直接进行凝固处理后的合金呈偏析的核壳结构，而在磁场热处理后，可转变为均质结构。

技术领域

本发明属于难混溶合金处理技术领域，尤其涉及一种利用强磁场调控难混溶合金组织的方法。

背景技术

难混溶合金，亦称偏晶合金，凝固时存在液相难混溶区，被过冷到这个区域时发生液相分离，由单一液相分解成为两个共同存在的液相。但是该类合金中两相密度差通常较大,往往造成严重的重力偏析,限制了该类合金的开发和应用,如果通过适当的方法使少数相弥散分布,或将其制备成具有壳/核结构的复合材料，那么难混溶合金所表现出来的特殊的物理和力学性能使其在各方面都能够有良好的应用前景。因此难混溶合金不仅在理论研究方面具有重大价值，在工业应用方面也有巨大的发展潜力，目前已经成为金属材料领域研究的前沿热点。

Cu-X(X＝Fe、Co、Cr、Ta、Nb等)为亚稳态难混溶合金，当合金熔体过冷度较小时，熔体将发生液-固相变，富X以固相首析。相反，当合金熔体的过冷度较大时，单相合金熔体过冷进入亚稳组元液态不混溶区域，发生液-液相分离，生成互不混溶的两液相：富Cu液相(L1)和富X液相(L2)。冷却过程中重力场、浓度梯度、熔体内温度梯度、相间界面能以及熔体对流等均会对相分离合金凝固组织的形成造成影响。检索文献中，采用雾化粉末技术在Cu-Fe基合金中得到了“蛋”型的壳-核结构。(C.P.Wang.Formation of Immiscible AlloyPowders with Egg-Type Microstructure.Science.2002,297:990-993)。利用相场法对深过冷快速凝固条件下的Fe-Sn-Si、Fe-Sn等液相分离型合金的凝固组织演化过程进行了模拟，研究表明，Marangoni对流是导致合金形成三层核壳结构的主要因素。(W.L.Wang,Z.Q.Li,B.Wei.Macrosegregation pattern and microstructure feature of ternaryFe-Sn-Si immiscible alloy solidified under free fall Condition.ActaMater.2011,59:5482-5493.W.L.Wang,Y.H.Wu,L.H.Li,N.Yan,B.Wei.Homogeneousgranular microstructures developed by phase separation and rapidsolidification of liquid Fe-Sn immiscible alloy.J.Alloys Compd.2017,693:650-657)。现阶段限制难混溶合金应用的主要问题是微观组织偏析严重，核-壳结构的形成机理已有大量研究工作，然而对于微观结构的控制手段仍比较单一，微观形貌的调控还主要依赖于合金设计，而凝固后的合金的形貌千差万别，现有的研究多是通过控制冷速、过冷度等手段，但是难以实现在同一合金体系内不同类型形貌的调控。已有技术在难混溶合金弥散组织形貌的控制上已经出现了不可逾越的瓶颈。因此，亟需探寻一种能够对难混溶合金偏析组织进行有效控制的新方法。

发明内容

为了解决难混溶合金在传统制备过程中产生的组织偏析问题，本发明提出了一种利用强磁场调控难混溶合金组织的方法。