液态金属粘滞性的研究现状与展望

粘滞性是金属熔体基本物理性能之一，是研究金属液态特性的重要途径，本文主要从研究金属熔体性质的角度，阐述了国内外金属熔体粘滞性的研究现状，分析了目前存在的问题，并对今后的研究和工作进行了展望。     

Ce对过共晶Al—Si合金熔体粘滞性和结构的影响

研究了Ce对Al—16％Si合金熔体粘滞性的影响。结果表明：Ce的加入增加了合金熔体的粘度，且随着Ce含量的增加粘度值也增加。结合加入Ce的Al—16％Si合金氢含量的变化、凝固组织和DSC曲线研究了熔体结构的变化，分析了粘度与液态结构变化之间的关系。     

共晶Ga—In合金的液态结构与粘度研究

利用液态金属X射线衍射仪测试了室温下Ga-24.6%In共晶合金的强度曲线、结构因子、双体分布函数以及原子间最近邻距离。结果表明,液态共晶Ga-In合金结构因子的第一峰呈明显的不对称。表明熔体中仍保留有部分Ga的共价键。,建立了共晶Ga-In合金的结构模型。利用此模型计算所得结果与用Gauss分解所得结果吻合良好;利用回转振动粘度仪进行了粘度测量。结果表明,共晶Ga-In合金的粘度值在100－600℃范围内满足指数关系,表明熔体中没有发生结构转变。并给出了其粘度与温度的关系式。     

Al对Mg-5％Cu合金显微组织及力学性能的影响

通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪及万能力学试验机等研究了不同Al含量(1％、3％、5％)对Mg-5％Cu合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:在Mg-5％Cu合金中添加Al元素后,显微组织得到明显细化;当Al含量为5％时,其主要相组成为α-Mg基体相、β-Mg17Al12相、Al2Cu相和AlCuMg三元相;随着Al含量的增加,合金的抗拉强度逐渐上升,Mg-5％Cu-5％Al合金的抗拉强度最高,为192MPa;而伸长率呈逐渐下降的趋势.     

温度诱导液态In-80%Sn合金结构非连续变化的分形分析

用分形理论探讨了液态In-80％Sn结构及其变化,证实了液体结构中存在分形结构,发现随着温度的升高,与液态合金其它结构参数一样,分形维数也发生了不连续的变化,提出分形维数是一个结构敏感参量．分析认为液态In-Sn合金结构所出现的不连续变化是由于液体中粒子集合体线度减小而出现的线度效应所造成的,分形维数的突变是温度诱导液态结构不连续的基本特性．     

熔剂净化对Al－4．5wt％Cu合金过冷及组织的影响

采用盐类熔剂对大体积Ａｌ－４．５ｗｔ％Ｃｕ合金进行净化处理，研究了熔剂净化对Ａｌ－４．５ｗｔ％Ｃｕ合金过冷及组织的影响。通过大量的实验研究证明：粘性熔剂更能有效地去除合金中的异质核心，使合金获得较大的过冷度；随着过冷度的增大，合金的宏观组织由细小的等轴晶逐渐过渡到粗大的柱状晶，其临界转变过冷度为４０℃；二次枝晶间距随过冷度的增大而增大，其转变过冷度为５０℃。     

0．40％Ce对共晶Fe—C合金液态结构的影响

利用液态X射线衍射仪对Fe-4．30C合金和Fe-4．30C－0．40Ce合金的液态结构进行了研究，结果表明在1473－1673K的范围内液态Fe-C共晶合金的最近邻距离约为0．259－0．260nm ,Gauss分解说明液态Fe-C合金含有类面心立方结构的单元。当合金中含有质量分数为0．4％的Ce时，其最近邻距离明显增大，约为0．269－0．271nm，而且在液态Fe-4.30C-0.40Ce合金结构因子S（Q）曲线的小Q处有一较明显的预峰，分析表明这与液体合金中类面心立方结构的Fe-Ce原子团有关。     

Zn-5%Al合金凝固特性的研究

采用差热分析和金相定量统计，研究了Zn-5％Al合金的凝固特性。对球形共晶团析出过程的传热进行了解析分析。考察了冷却速度对共晶结晶过冷度、共晶层片间距和共晶团大小的影响，并从理论上进行了解析推导。结果表明，共晶结晶过冷度(△T)与冷却速度(V)的1／4次方成正比的关系；共晶层片间距(A)与冷却速度(V)的1／4次方成反比的关系；共晶团大小随着冷却速度的增加而减小。     

Cu-11．5％Fe合金的导电性

研究了Cu-11．5％Fe合金经固溶和时效处理后导电性的变化规律。采用SEM和TEM观察了经不同规范热处理Cu-11.5％Fe合金的组织结构，利用XRD测定了铜基体的晶格常数，得出时效处理对合金电阻率的影响规律，并探讨了合金电阻率变化的内在原因。结果表明：影响合金导电性的主要因素是溶质散射电阻、析出应变场散射电阻；固溶处理的合金经过550℃、2h时效处理，可得到较低的电阻率。     

超声波搅拌法制备半固态铝——铜合金的研究

采用高能超声波搅拌法的方法对Al-5%Cu合金进行处理,制备半固态Al-5%Cu合金,重点研究了高能超声波处理熔体的温度、处理时间以及超声波的输出功率等重要参数对半固态Al-5%Cu合金组织形貌的演变过程的影响。实验结果表明:当铝合金熔体温度在610℃～660℃之间时,随着开始导入超声波时熔体温度的升高,铝合金的初生晶粒形貌逐渐演变成细小的球状颗粒;当控制熔体为660℃的时,随着导入超声波输出功率的增大和搅拌时间的延长,Al-5%Cu合金初生相形貌由粗大的枝晶状逐渐转变为细小的球状晶粒。     

热历史对In-55wt%Sb亚共晶合金熔体粘度的影响

利用回转振动粘度仪在液相线以上较大温度范围内,测量了In-55%Sb（质量分数）亚共晶合金熔体在不同的升降温过程中的粘度.实验结果表明,熔体经历的热历史对其粘度具有显著的影响.熔体在降温过程中的粘度高于升温过程中,在过热100℃后的降温过程中熔体的粘度较之无过热的降温过程中要低.在不同的热过程中,粘度发生转折变化的温度不同,在升温过程中,发生在850℃左右,在过热100℃和无过热的降温过程中,分别发生在750℃和650℃左右.熔体粘度的突变反映了熔体结构在相应温度的突然变化.     

微量钪对Al-3%Cu合金组织与性能的影响

采用硬度、拉伸性能测试、金相组织观察、扫描电镜与能谱分析以及X-射线衍射等方法,研究了微量稀土元素Sc对Al-3％Cu合金组织与性能的影响。结果表明,稀土元素Sc能够强烈地细化Al-Cu合金的晶粒,改善枝晶网胞。微量Sc元素添加到Al-3％Cu合金中,合金的抗拉强度σb和屈服强度σ0．2均有所提高(△σ约为30MPa),对合金的伸长率几乎没有影响;微量Sc元素添加到Al-3％Cu合金中,除部分固溶于Al基体中外,大部分与Al形成对合金起强化作用的Al3Sc共格相,对合金起强化作用,没有发现其他相,包括W(AlCuSc)相生成。     

交替变向电磁场对Al-5%Cu合金缩孔和缩松的影响

利用自行研制的交替变向电磁场凝固装置,采用对比实验方法研究了交替变向电磁场对Al-5%Cu合金晶粒度、集中缩孔、分散缩孔和缩松以及致密度的影响规律及机理.结果表明:交变电磁场对Al-5%Cu合金晶粒形貌和晶粒尺寸产生明显的影响;随着磁场强度的增加,合金晶粒形貌由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶,晶粒尺寸由30.2 mm降低到0.2 mm;在0.2 T强场下试样集中缩孔相对深度缩小了10倍左右,分散缩孔和缩松数量明显减少,铸件的致密度提高了2.9%.     

Ga-Sb合金熔体的黏滞行为

利用熔体黏度仪系统研究了不同成分Ga-Sb熔体的黏度变化规律。结果表明,Ga-Sb熔体的黏度总体趋势是随温度的降低而增大,黏度变化曲线基本呈指数变化。其中Ga36.5Sb63.5熔体黏度随温度的变化在830℃左右出现突变,将黏度曲线分成低温区和高温区两部分。根据该熔体结构变化的特点,对有关试验结果进行了分析讨论。     

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。     

脉冲磁场作用下Al-5%Cu合金的时效机理

在Al-5%Cu合金时效处理过程中施加脉冲磁场,观察脉冲磁场对Al-5%Cu合金时效后组织和性能的影响。试验结果表明：在时效过程中施加脉冲磁场,加快了Cu原子的扩散,缩短了时效的时间,降低了时效温度,使基体内部Al2Cu低熔点相的弥散度进一步得到提高,使时效后的合金组织更加细化。     

强磁场作用下铸造Al-4%Cu合金时效析出的研究

研究了强磁场对Al-4％Cu合金时效析出的影响，采用显微硬度测试、X射线衍射以及电子探针等手段研究了材料的组织及性能。结果表明：在其他条件相同情况下，强磁场提高了材料的硬度，缩短了时效析出时间并且增加了晶界析出相的数量。强磁场作用于相变时引起的时效转变扩散系数的增加是以上变化的主要原因之一。同时，结果也表明在强磁场下时效析出时基体晶粒度、脱溶相形状及其排列方式无明显变化。     

Ti对Al-4.5%Cu合金热疲劳性能的影响

在接近材料实际工况的试验条件下,以铝铜合金(4.5%Cu)为研究对象,用自约束型热疲劳试验机进行了热疲劳试验以及热疲劳裂纹萌生及扩展规律研究。试验结果表明,随Ti元素加入量的增加(0.1%～0.5%),合金热疲劳性能和部分力学性能(抗拉强度、屈服强度)都呈现先升高后降低的变化趋势,合金热疲劳性能基本上是0.35%Ti最好,0.2%Ti次之,0.5%Ti最差。合金热疲劳裂纹的扩展方式为混合扩展。