强磁场下深过冷Co-Sn近共晶合金凝固行为研究

As a strong physical means, high magnetic field can strongly affect the material processing, especially for the solidification process.The solidification behavior of materials under strong magnetic field has been investigated systematicaly, however, the non-equilibrium solidifcation especially for the nucleation and solidified microstructure evolustion mechanism under strong magnetic were still not very clear.The present project will focus on Co-Sn binary near eutectic alloy and investigate the effect of the high magnetic field on the solidification process from highly undercooled melt.At first, the formation of magnetic ordering structure in the undercooled melt and its effect on the nucleation process will be investigated under strong magnetic field based on the measuring of the magnetic properties of undercooled melt and calculating of the magnetic field on the nucleation thermodynamics and kinetics. Secondly, we will study the undercooling and field intensity on the microstructure evolution process of Co-Sn alloys. Finally, the regullar to anomalous eutectics transition mechanism will be analyzed incoporating the solidified microstructure,texture analysis, dendrites and eutectics microstructure calculation. Moreover, the present project will be benefit for the understanding of the phase selction and formation mechanism of non-equilibrium solidification under strong magnetic field and also very important for finding the anormalous eutectic formation mechanism under strong magnetic field.

强磁场作为一种极强的物理场，对于材料处理尤其是凝固过程具有重要的影响。到目前为止，对于强磁场下材料的凝固行为已经进行了较为深入的研究，而强磁场对材料非平衡凝固过程中形核及凝固组织的影响机制尚不清楚。本项目以Co-Sn近共晶合金为研究对象，开展强磁场对深过冷熔体的凝固过程影响规律的研究。首先研究强磁场对深过冷熔体中磁性有序结构的形成及形核过程的影响，通过对过冷熔体磁性的测量及计算磁场对形核热力学和动力学的影响机制；其次研究过冷度及磁场强度对Co-Sn合金凝固组织演化过程的影响；最后结合凝固组织、晶粒取向分析和枝晶、共晶生长模型计算，研究强磁场对含不同磁化率相析出时，过冷熔体中规则共晶-非规则共晶的转变机制。通过本项目的实施对深刻理解强磁场作用对非平衡凝固过程中的竞争形核及相选择，揭示强磁场对非平衡凝固共晶合金中的非规则共晶形成机制具有重要的意义。

在材料的凝固过程中施加磁场是调控凝固组织，改善性能的重要手段。本项目以Co基二元合金为研究对象，研究了强磁场对过冷熔体中磁性有序结构的形成及形核过程的影响；强磁场对Co基合金凝固过程的影响规律；过冷熔体中规则共晶-非规则共晶的转变机制。.通过本项目的实施，取得的成果如下：(1)搭建了磁场下熔体磁性参量测量和凝固实验平台。通过改进磁场下测温、磁性测量装置，搭建了适用于非平衡凝固过程的装置，可用于可控温度下过冷凝固实验，还可对从大过热到深过冷宽温度范围内熔体的磁化强度原位测量，发表在Rev Sci Instru, 86,2015,025102。(2)发现了基于磁性参量研究熔体结构转变的方法。项目发明了采用磁性参量作为间接物理量来测量熔体结构转变的方法，发表在Mater Lett,145,2015,261。(3)发现了具有比固态更强磁化强度的纯金属熔体，首次在该熔体内观察到了正常场不稳定性效应。将纯Co过冷至熔点之下360K，并通过测量磁性参量发现熔体呈现出反常磁性行为：在特定的过冷度下金属熔体的磁化强度高于其固态的磁化强度，金属凝固后观察到了正常场不稳定效应，结果以封面文章发表在Appl Phys Lett,105,2014,144101。(4)发现熔体结构变化对形核过程的影响规律。基于磁性参量测量、热分析和理论计算发现Co基合金熔体内存在结构转变，显著影响熔体的形核过冷度，成果发表在Mater Chem Phys,170,2016,261和 Mater Chem Phys,149,2015,17-20。(4)获得了强磁场下Co基合金凝固组织演化规律。发现强磁场的施加可以显著加速过冷熔体净化过程，熔体稳定后过冷度不受磁场的影响，发表在Jap J Appl Phy, 55, 2016,105601；磁场显著改变过冷熔体内的相选择次序，使初生相的析出过冷度发生变化，发表在 Mater Lett,139,2015,288；强磁场促进过冷熔体内规则共晶-非规则共晶的转变，改变凝固组织形貌和取向。.本项目对深刻理解强磁场对非平衡凝固过程中的形核及相选择、非规则共晶的形成机制具有重要的意义。