[发明专利]一种强磁场控制定向凝固组织枝晶取向的方法

摘要

本发明涉及一种强磁场控制定向凝固组织枝晶取向的方法。本发明利用定向凝固过程中枝晶的择优取向和易磁化方向的差异，在定向凝固过程施加强磁场，使得枝晶受到磁化力的作用导致其易磁化轴偏向磁场方向（即定向凝固方向），从而控制合金枝晶的取向。本发明的工艺方法的要点是：利用1~14T（特斯拉）的强静磁场，采用典型Bridgman定向凝固装置，设计使定向凝固合金的固液界面处于强静磁场的中心稳恒区域，整个定向凝固过程在强静磁场下完成，采用细长的合金棒，样品固液界面的温度梯度随炉温和合金种类改变而变化。合金棒向下进行定向凝固的抽拉速率为5~100μm/s，在生长到稳定阶段后，迅速拉入冷却介质中进行淬火，最终得到枝晶生长方向发生改变的定向凝固组织。

主权项

一种强磁场控制定向凝固组织枝晶取向的方法，其特征在于，具有以下的过程和步骤：a. 选择99.99%的高纯合金原料，配置合金成分各为：Bi‑Mn合金：Bi‑0.85wt%Mn，Al‑Ni合金：Al‑12wt%Ni，Al‑Cu合金：Al‑4.5wt%Cu的三种合金在真空炉中熔炼，电磁搅拌1小时，使原材料充分合金化后，用内径为3mm的石英管进行真空负压吸铸，得到枝晶生长择优取向与易磁化方向各异的Bi‑Mn、Al‑Ni和Al‑Cu三种体系的成分均匀的合金棒试样，并将其封装在内径为3mm的刚玉坩埚中；b. 将定向凝固装置放入超导强静磁场发生体内，超导磁体产生的静磁场强度范围为1~14T；将刚玉坩埚放置于定向凝固装置的拉杆上，使其能在加热炉中抽拉作垂直移动；加热使合金熔化，保温0.5小时后，开启抽拉系统以设定的拉速速率进行定向凝固，抽拉速率为5~100μm/s；试样定向凝固方向与磁场方向平行，凝固界面前沿液相的温度梯度随加热炉温度变化而变化；Bi‑Mn合金定向凝固过程中加热炉中心炉温为650℃，固液界面前沿的温度梯度为50K/cm；Al‑Ni和Al‑Cu合金的加热炉中心炉温为900℃，温度梯度分别为38K/cm和68K/cm；在抽拉过程中保证固液界面处于稳恒磁场区域；c. 抽拉至稳定生长时，迅速拉入Ga‑In‑Sn淬火池中进行淬火，得到枝晶生长方向发生改变的定向凝固枝晶组织。