《電磁場作用下異質顆粒的遷移行為同步輻射實時成像》是依託大連理工大學,由曹志強擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電磁場作用下異質顆粒的遷移行為同步輻射實時成像
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹志強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用同步輻射原位成像技術，動態觀察重力場、正交電磁場、交變電場作用下複合材料的凝固行為，通過實驗分析和理論研究，弄清凝固參數和電磁場參數等對合金凝固過程的形核生長、強化顆粒分布等的影響規律與機制，探明定向凝固情況下不同拉坯速度參數下的液固界面凝固特徵，總結出各種異質顆粒尺寸和體積分數對組織性能的影響規律，歸納出異質顆粒推移-合金液相變動力學模型，最終提出顆粒增強複合材料和自生表面複合材料製備新技術，這對於發展完善外場作用下複合材料凝固理論，工業上最佳化凝固組織控制工程、有效提高複合材料鑄件力學性能都具有重要意義。此外，本項目還擬藉助於同步輻射衍射技術，研究複合材料界面的形態分布、晶體結構、界面異質形核機制，總結出複合材料的界面、組織和性能間的關係，為最終實現複合材料人工設計奠定理論基礎。該項目對發展電磁冶金理論和電磁淨化理論也有指導意義。
結題摘要
在國家自然科學基金面上基金(51071035)的資助下，依託上海同步輻射光源國家重大科學裝置，採用類同軸成像方法以及特殊處理的成像樣品和特別設計和製作的凝固裝置，首次對鋅鋁合金柱狀晶及等軸晶的生長過程進行實時成像，發現降溫速度對枝晶間距和枝晶生長速度的影響超過溫度梯度對其的影響。對等軸晶生長過程的研究表明枝晶長度隨時間的變化符合“S”形曲線，相對生長的枝晶通過各自的溶質富集區抑制對方的生長。成像結果還表明鍶抑制了初生矽的析出，隨著鍶含量的增加初生矽逐漸減少，初生矽的析出溫度範圍擴大。 首次實時成像觀察到直流電場和脈衝電流對Al-Cu、Sn-Pb、Sn-Bi合金的枝晶生長形貌和生長速率的影響。電場使得枝晶臂在各個方向均衡發展，大大減弱了枝晶的“自我中毒”現象(即枝晶臂生長不均衡)。脈衝電流使得Sn-Bi合金經歷了長時間的孕育形核期後，枝晶在很短的時間內迅速形核與生長，一次枝晶明顯細化。 對Al-Bi難混溶合金凝固過程中第二相的微觀行為的原位觀察，證實了兩個半徑尺寸相近的液滴之間是以碰撞的形式發生聚合進而粗化成一個接近於橢圓形的新液滴；半徑尺寸相差懸殊的液滴之間是通過尺寸極大的液滴慢慢吞併周圍臨近的無數小液滴而發生Oswald熟化。施加脈衝電場後，在液液相難混溶區中分離出的富Bi液滴不再是圓球形貌，而是凝聚成許多雲狀的大團簇。第二相液滴因為受到Marangoni力和電磁擠壓力的共同影響最終在基體中形成了一個特有的倒三角形狀。 採用混合鹽法(K2TiF6 and KBF4)製備ZA27-TiB2原位複合材料並對製備出的複合材料進行組織、力學性能及磨損性能分析，複合材料力學性能、耐磨性能隨著顆粒含量的增加而明顯提升。摩擦係數和磨損表面形貌變化表明由於TiB2顆粒的引入，材料在磨損初期的磨損機制發生了變化。首次利用同步輻射X射線斷層掃描技術（SR-CT）對TiB2增強的純鋁基複合材料的內部結構進行了研究。 在該項目的資助下共發表了期刊論文16 篇，另有修訂中的論文1篇，錄用的論文2篇；會議論文10篇(ISTP 收錄3 篇)；國內會議口頭報告4 (其中特邀報告3次)；專利1項；獲得中國有色金屬工業科學技術獎一等獎1 項，遼寧省機械工程學會優秀論文二等獎1項，遼寧省本科生教學成果獎二等獎1項。
