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《东北大学》 2015年
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磁场对Mg-Al扩散偶扩散行为及ECAP工业纯铝退火过程的影响

彭林  
【摘要】:磁场作为一种重要的物理场在控制材料组织结构方面得到了日益广泛的应用。将磁场与传统生产工艺相结合,是开发新工艺、制备新材料的一种重要途径。扩散是物质传输的重要方式,控制原子的扩散可以改善材料的组织和性能。材料的固态相变、再结晶、晶界迁移等各种冶金现象都与原子的扩散有着密切的关系。而强磁场作为一种有效地控制手段对这些现象有着明显的影响,因此,研究强磁场对扩散的影响机制是阐明其对材料组织作用机理的前提和基础。本文选用Mg-Al扩散偶和ECAP工业纯铝作为实验原料。分别在脉冲磁场和稳恒强磁场条件下对Mg-Al扩散偶进行热处理,在脉冲磁场条件下对ECAP工业纯铝进行退火处理。通过分析扩散层厚度来研究脉冲磁场和稳恒强磁场对原子扩散的影响。通过分析ECAP工业纯铝退火后的再结晶微观组织和晶界结构来研究脉冲磁场对ECAP工业纯铝退火过程的影响。对Mg-Al二元扩散偶界面中间相层生长行为的研究表明:脉冲磁场、稳恒强磁场条件下Mg-Al二元扩散偶在热处理后形成的界面中间相层结构与常规条件下形成的中间相层结构相同,均由β相(Al3Mg2)和γ相(Al12Mg17)构成。在脉冲磁场条件下,随着退火温度的升高、退火时间的延长,界面中间相层的厚度都增大,且符合抛物线生长规律。与常规条件的情况相比,脉冲磁场对界面中间相层的生长激活能影响较小,磁场主要通过增大扩散常数来增大有效扩散系数,从而促进Mg-Al扩散偶界面中间相层的生长。在稳恒强磁场条件下,当强磁场为正梯度时,磁场起到促进扩散的作用,并且梯度越大促进效果越明显;当强磁场为负梯度时,磁场起到抑制扩散的作用,并且梯度越大抑制效果越明显。当强磁场为正梯度时,磁场强度对扩散的促进作用存在一个最优值6T;当强磁场为负梯度或处在Omm时,磁场对扩散的抑制作用中,3T最强,其次为6T,12T最弱。通过金相组织观察和TEM分析等方法对脉冲磁场作用下ECAP工业纯铝退火再结晶组织的研究表明:与常规条件相比,脉冲磁场促进了 ECAP工业纯铝再结晶及晶粒长大的趋势,其原因在于磁场促进了位错从位错塞积处的释放,从而提高了位错和晶界的可动性,增加了晶界迁移驱动力。随着退火温度和退火时间的增加,磁场促进晶粒长大的趋势越来越弱。从ECAP工业纯铝的TEM形貌分析可以看出,相对于常规退火条件而言,脉冲磁场退火对试样内部亚晶粒尺寸变化影响不大,但降低了晶内位错密度,使亚晶界更加清晰平直。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG146.21;TG166.3

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