强磁场下Al/Cu和Al/Mg二元金属体系扩散行为研究

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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密切相关。而强磁场作为一种有效控制手段对这些现象有明显影响。因此,研究强磁场下的扩散不仅有助于建立和丰富强磁场材料科学理论,而且为强磁场下金属材料的各种冶金现象提供理论指导。本文利用金相显微镜、读数显微镜、电子探针、扫描电镜等手段研究了强磁场下液态Al/固态Cu、固态Al/固态Mg扩散偶的扩散行为,考察了磁场强度、磁场方向对扩散的影响。通过考察扩散层厚度、界面迁移距离等从动力学角度计算了强磁场下的有效扩散系数,并且从热力学角度计算了强磁场下的扩散常数和扩散激活能。强磁场下Al-Cu液/固扩散行为研究结果表明:不论是否施加磁场,从Cu侧到Al侧依次生成:δ(Cu3Al2)、ζ2(Cu12Al19)及η2(CuAl)三层化合物。11.5T磁场条件下,扩散层的厚度明显变薄。扩散层厚度与保温时间满足指数关系。无磁场时,扩散层的生长由化学反应和组元的扩散共同作用;而11.5T磁场条件下,组元的扩散对扩散层的生长起主要作用。强磁场主要通过增大扩散激活能来使扩散系数减小,从而阻碍Al-Cu扩散层的生长。强磁场下Al/Mg固/固扩散行为研究结果表明:OT及11.5T磁场条件下,Mg、Al界面处生成γ (Mg17Al12)和β (Mg2Al3)两层化合物。施加磁场后,扩散层变厚。扩散层厚度与保温时问满足指数关系。370℃时,扩散层厚度随磁场方向的改变有显著变化,当温度升高至400℃时,由于热扰动的效果掩盖了磁场方向的效果,扩散层厚度的变化不再明显。无磁场时,γ层的生长主要是受晶界扩散及化合物层晶粒长大的影响;磁场条件下其生长由组元体扩散控制。不论是否施加磁场,p层的生长均由组元体扩散控制。磁场主要是通过增大扩散常数D0来增大有效扩散系数D,从而促进Al-Mg扩散层的生长。
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