旋转磁场对凝固组织形成的影响

陈  钊; 陈长乐; 温晓莉; 文  军

doi:10.7498/aps.57.6277

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旋转磁场对凝固组织形成的影响

陈钊 , 陈长乐 , 温晓莉 , 文军

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唯象论的经典领域

旋转磁场对凝固组织形成的影响

陈钊, 陈长乐, 温晓莉, 文军

物理学报, 2008, 57(10): 6277-6282.

doi: 10.7498/aps.57.6277

Influence of rotating magnetic field on the formation of solidification microstructure

Chen Zhao, Chen Chang-Le, Wen Xiao-Li, Wen Jun

Acta Phys. Sin., 2008, 57(10): 6277-6282.

doi: 10.7498/aps.57.6277

摘要
研究了旋转磁场作用下Pb-45%Sn亚共晶合金的凝固组织.实验发现，旋转磁场的频率恒定时，凝固组织的晶粒尺寸随着磁场强度的增强而线性减小，同时，初生相的生长形态从枝晶转变为椭球状.X射线测试结果表明，初生相Pb发生了点阵膨胀，并且晶格常数随着磁场强度的增强先变大后减小，磁场强度在此存在一个临界值.能谱分析显示，随着磁场强度的增强，初生相Pb内Sn的含量逐渐降低.根据电磁场理论和扩散定律，对上述现象进行了理论分析，揭示出旋转磁场引起了液相强烈流动，加快了溶质原子的扩散以及对熔体的加热效应，导致了形核率的提高和长大速度的降低.

关键词:
旋转磁场 /

液相流动 /

晶格常数 /

溶质分配
Abstract
The solidification microstructures of Pb-45%Sn hypoeutectic alloy in rotating magnetic field (RMF) were investigated. When the rotating frequency keeps constant，the grain size reduces linearly with the increase of magnetic intensity，and structure of the primary phase changes from the dendrite to spherical crystals. X-ray diffraction (XRD) measurement indicates that the RMF causes the lattice expansion of primary phase (Pb)，and the lattice parameter increases at first and then decreases with the increase of RMF intensity. Therefore，there is a critical value of magnetic intensity. Moreover，the Sn content in primary phase (Pb)reduces gradually with the increase of magnetic intensity. The results are analyzed theoretically based on electromagnetism field theory and scattering law. It is revealed that RMF causes severe fluid flow，and accelerates the diffusion of solute atom and heats the melt，which results in the increase of nucleation rate and the decrease of growth velocity of crystal.

Keywords:
rotating magnetic field /

fluid flow /

lattice parameter /

solute distribution
作者及机构信息
陈钊,

陈长乐,

温晓莉,

文军

1.
西北工业大学理学院，陕西省凝聚态结构与性质重点实验室，西安 710072

基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号：50331040)和国家自然科学基金(批准号：60171034)资助的课题.
Authors and contacts
Chen Zhao,

Chen Chang-Le,

Wen Xiao-Li,

Wen Jun

1.
西北工业大学理学院，陕西省凝聚态结构与性质重点实验室，西安 710072
参考文献

施引文献

[1]	齐海东, 王晶, 陈中军, 吴忠华, 宋西平. 温度对马氏体和铁素体晶格常数影响规律. 物理学报, 2022, 71(9): 098301. doi: 10.7498/aps.71.20211954
[2]	东晨, 赵尚弘, 董毅, 赵卫虎, 赵静. 基于旋转不变态的测量设备无关量子密钥分配协议研究. 物理学报, 2014, 63(17): 170303. doi: 10.7498/aps.63.170303
[3]	李日, 沈焕弟, 冯长海, 潘红, 冯传宁. 一个新的用于元胞自动机模拟微观组织的溶质分配模型及其计算验证. 物理学报, 2013, 62(18): 188106. doi: 10.7498/aps.62.188106
[4]	龚振兴, 李友荣, 彭岚, 吴双应, 石万元. 旋转环形浅液池内双组分溶液耦合热-溶质毛细对流渐近解. 物理学报, 2013, 62(4): 040201. doi: 10.7498/aps.62.040201
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[6]	苏少坚, 成步文, 薛春来, 张东亮, 张广泽, 王启明. GeSn合金的晶格常数对Vegard定律的偏离. 物理学报, 2012, 61(17): 176104. doi: 10.7498/aps.61.176104
[7]	尚杰, 张辉, 曹明刚, 张鹏翔. 氧压对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜晶格常数的影响及BaTiO3/Ba0.6Sr0.4TiO3超晶格的制备. 物理学报, 2011, 60(1): 016802. doi: 10.7498/aps.60.016802
[8]	丁志博, 王琦, 王坤, 王欢, 陈田祥, 张国义, 姚淑德. InGaN/GaN多量子阱的组分确定和晶格常数计算. 物理学报, 2007, 56(5): 2873-2877. doi: 10.7498/aps.56.2873
[9]	许光明, 郑佳伟, 刘勇, 崔建忠. 电磁场作用下溶质元素在镁合金AZ61的分布. 物理学报, 2007, 56(7): 4247-4251. doi: 10.7498/aps.56.4247
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[12]	江阔, 李合非, 宫声凯. 应力对La0.83Sr0.17MnO3薄膜输运性能的影响. 物理学报, 2006, 55(3): 1435-1440. doi: 10.7498/aps.55.1435
[13]	欧阳成. 电流变液系统流动的渐近估计. 物理学报, 2004, 53(6): 1900-1902. doi: 10.7498/aps.53.1900
[14]	张端明, 严文生, 钟志成, 杨凤霞, 郑克玉, 李智华. PZT四方相区介电常数εr与晶格畸变关系的研究. 物理学报, 2004, 53(5): 1316-1320. doi: 10.7498/aps.53.1316
[15]	徐锦锋, 魏炳波. 急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律. 物理学报, 2004, 53(6): 1909-1915. doi: 10.7498/aps.53.1909
[16]	张勤, 班春燕, 崔建忠, 巴启先, 路贵民, 张北江. ＣＲＥＭ法半连铸Ａｌ合金过程中电磁场对溶质元素固溶的影响机理. 物理学报, 2003, 52(10): 2642-2648. doi: 10.7498/aps.52.2642
[17]	赵晓鹏, 高秀敏, 高向阳, 郜丹军. 固液双相电流变系统流动过程的相转变特性. 物理学报, 2003, 52(2): 405-410. doi: 10.7498/aps.52.405
[18]	麦振洪, 毛再先, 阳述林. 旋转圆盘下的流场解及熔硅中溶质有效分凝系数的计算. 物理学报, 1991, 40(6): 935-942. doi: 10.7498/aps.40.935
[19]	罗宁胜, 徐文兰. Cu(100),(111),(110)表面晶格振动和力常数. 物理学报, 1989, 38(3): 349-356. doi: 10.7498/aps.38.349
[20]	吴成, A. KNIGHT, I. R. JONES. 利用旋转磁场驱动电流技术产生和维持FRC的实验. 物理学报, 1988, 37(3): 452-459. doi: 10.7498/aps.37.452

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物理学报. 2008, 57(10): 6277-6282.

doi: 10.7498/aps.57.6277.

唯象论的经典领域

旋转磁场对凝固组织形成的影响

1. 西北工业大学理学院，陕西省凝聚态结构与性质重点实验室，西安 710072

基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号：50331040)和国家自然科学基金(批准号：60171034)资助的课题.

收稿日期: 2008-03-08
修回日期: 2008-04-11
刊出日期: 2008-05-05

摘要: 研究了旋转磁场作用下Pb-45%Sn亚共晶合金的凝固组织.实验发现，旋转磁场的频率恒定时，凝固组织的晶粒尺寸随着磁场强度的增强而线性减小，同时，初生相的生长形态从枝晶转变为椭球状.X射线测试结果表明，初生相Pb发生了点阵膨胀，并且晶格常数随着磁场强度的增强先变大后减小，磁场强度在此存在一个临界值.能谱分析显示，随着磁场强度的增强，初生相Pb内Sn的含量逐渐降低.根据电磁场理论和扩散定律，对上述现象进行了理论分析，揭示出旋转磁场引起了液相强烈流动，加快了溶质原子的扩散以及对熔体的加热效应，导致了形核率的提高和长大速度的降低.

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