强磁场作用下双晶Fe-Si合金的晶界润湿行为

晶界润湿是多晶材料制备和加工过程中一种常见的物理化学现象，其行为与晶界(界面)结构和晶界(界面)特性密切相关。初步的实验结果显示，6Tesla磁场对富Zn熔体在双晶Fe-12.2at.%Si晶界(36.9 <001>,Σ5GB)处的晶界润湿行为表现出明显的抑制作用。申请者拟在现有的工作基础上，采用双晶Fe-Si合金，利用OM、SEM 、SEM-EDS及EPMA等显微组织表征和微区成分分析手段，通过实验研究和理论分析相结合的方式，系统地研究强磁场（最高12Tesla）作用下，磁场强度、磁场施加方向、晶界取向差及合金成分等因素对富Zn液相在晶界与固/液界面相交处的晶界润湿行为的影响规律，阐明强磁场对晶界润湿相变影响的作用机理。研究成果可望丰富强磁场作用下晶界工程理论，并为拓展强磁场在先进材料制备与加工的应用以及为复杂电磁环境下材料的服役行为的研究奠定理论基础。

强磁场作用下的晶界润湿行为研究对于应用强磁场进行先进材料制备及控制与晶界有关的晶界脆性有重要的科学意义。本项目采用双晶Fe-Si 合金显微组织表征和微区成分分析手段，通过实验研究和理论分析相结合的方式，系统地研究强磁场（最高12Tesla）作用下，磁场强度、晶界取向差及合金成分等因素对富Zn 液相在晶界与固/液界面相交处的晶界润湿行为的影响规律，分析了强磁场影响晶界润湿相变行为的作用机理。.对于双晶Fe-6.5wt%Si合金晶界润湿行为的研究发现，磁场660°C退火条件下，与具有45°<001>晶界双晶试样相比，5(36.9°<001>)晶界双晶试样的接触角(θ)明显较大，表现出明显的晶界不完全润湿特征；660°C退火条件下，富Zn液相沿45°<001>晶界渗透距离随磁场强度增加而增大；与无磁场660°C退火45°<001>双晶试样相比，强磁作用下富Zn液相沿着45°<001>晶界形成的晶界沟的深宽比都较低，但深宽比值随着磁场强度增加而增大；680°C退火条件下，随磁场强度的增加，富Zn液相沿45°<001>晶界形成的晶界沟深宽比增大，而沿5(36.9°<001>)晶界形成的晶界沟的深宽比减小。晶界沟深宽比的增大，某种程度上预示着液相沿晶界渗透行为的加剧。.其次，本研究还利用垂直布里奇曼方法制备出Fe-6wt.%Si合金，并通过层磨法对合金铸棒的部分晶界进行三维重构，根据晶界三维表征结果制备出具有单一相同晶界(48°<001>)的双晶试样。并对富Zn液相在该晶界与固-液界面相交处的晶界润湿行为进行了系统研究。研究发现，不同退火温度条件下，晶界润湿接触角θ随着退火温度的升高而变小，晶界润湿相变温度TC=740±5℃；700℃退火不同时间条件下，晶界润湿接触角θ随退火时间的延长而减小；720℃磁场退火条件下，晶界润湿接触角θ在施加磁场后有明显增大，但晶界沟的深度随磁场强度增加不明显；720℃退火条件下，通过EPMA微区成分分析可以看出，磁场对晶界处Zn元素沿晶界方向和垂直于晶界方向的扩散起促进作用。.磁场晶界处原子扩散和相稳定性等的影响必导致界面能改变，是导致磁场条件晶界润湿行为发生变化的主要原因。