[发明专利]一种液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制方法及装置

说明书

本发明提供一种液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制方法及装置。经过混料法将两种金属粉末混合均匀后压块成型，制备成原始合金试样；对于半固态加工的合金材料，熔配合金后制备成母合金试样；然后将制备好的原始试样或母合金试样置于加热炉的坩埚中，对加热炉抽真空后通入惰性气体，再对原始试样或母合金试样施加磁场，即将强磁场发生装置励磁到实验所需要的磁感应强度，将加热炉升温至目标温度，保温不同时间后取出试样冷却至室温。本发明通过强磁场对固/液体系施加多种力效应和磁化效应控制液相中的流动、溶质扩散等进而控制固体颗粒的尺寸和形貌。强磁场是一种高能量、非接触、无污染的控制手段，可实现对固/液体系内颗粒粗化行为的有效控制。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制方法及装置。

背景技术

第二相颗粒的粗化(Ostwald熟化)问题对指导实际生产有着重要的作用。小尺寸中空材料和电机、变压器的硅钢片制造、铝合金汽车零件、粉末冶金以及钢中夹杂物的去除等都需要确切地控制材料中颗粒尺寸和形貌，进而提高材料的性能。另外，通过控制热处理过程中液/固两相体系中颗粒的粗化行为，可以得到特殊的组织，使得材料具有特殊功能。

实际生产过程中，已通过改变材料的保温温度、保温时间以及成型压力等热处理条件来控制液/固两相体系中颗粒的粗化行为。而以上这些控制方法在适用材料体系、加工工艺复杂性、可控制的组织参数等方面或多或少存在局限性，因此有必要引入其他控制方法，对液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制效果进一步提高和改善。强磁场作为一种新型的控制方法，具有非接触、能量高等特点，其在实际生产的应用已成为可能。由于强磁场对物质有各种力和能量的作用效果，目前强磁场的应用研究已经拓展至物理、化学、生物、医学和材料等各个领域。

强磁场通过洛伦兹力、磁化能、磁化力、磁力矩和磁极间的相互作用等作用效果可以显著影响材料体系能量状态及液/固体系内的溶质扩散行为，进而会对颗粒粗化行为产生明显影响。同时强磁场作用于合金材料中磁性颗粒会产生磁偶极子作用，磁偶极子相互作用会导致颗粒沿磁场方向排列并形成链状、柱状以及更为复杂的组织，并且会影响颗粒尺寸分布和大小以及颗粒取向等。因而，利用强磁场来控制颗粒的粗化过程，有望有效控制材料的微观组织，设计出新型特殊结构。利用基于强磁场的液/固两相体系中颗粒的粗化行为控制技术也将具有广阔的应用前景。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制方法及装置。本发明主要采用强磁场为控制方法，由磁场强度为0T～20T的强磁场对液/固两相体系中颗粒的粗化行为进行有效控制。通过强磁场对固/液体系施加多种力效应和磁化效应控制液相中的流动、溶质扩散等进而控制固体颗粒的尺寸和形貌。强磁场是一种高能量、非接触、无污染的控制手段，从而实现对固/液体系内颗粒粗化行为的有效控制。

本发明采用的技术手段如下：

一种液/固两相体系中颗粒粗化行为的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、制备原始试样或母合金试样：对于粉末冶金的合金材料，通过混料法将合金粉末混合均匀后使用压块成型法制成原始试样；对于半固态加工的合金材料，熔配合金后制备成母合金试样；

S2、强磁场下热处理：将制备好的原始试样或母合金试样置于加热炉的坩埚中，对加热炉抽真空后通入惰性气体，再对原始试样或母合金试样施加强度为0～20T的磁场，将加热炉升温至目标温度，保温不同时间后将试样冷却至室温。

进一步地，步骤S2中，对原始试样进行处理时，还可以根据需求在热处理过程中对样品施加0～100Mpa的压力。

进一步地，步骤S2中，还可对母合金试样进行如下处理，在惰性气体和磁场条件下将母合金加热成半固态物料，并保温预设时间后进行等温处理，等温处理结束后便可根据需求，对其施加预设的强磁场、施加压力和热处理后取出试样并冷却至室温。