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强磁场对Al-Si合金的变质效果的影响 大连理工大学材料工程学院 （2）大连海事大学机电与材料工程学院 摘要：强磁场对Al-6%Si亚共晶合金，Al-12.6%Si过共晶铝硅合金，Al-18Si%过共晶铝硅合金的研究。对于Al-6%Si而言，发现通过加入Na盐改良后的样品在强磁场作用下未发生失效。对于Al-12.6%Si， 在改性反应的温度如果样品通过Na盐改良，强磁场可以延缓变质有效时间。 对于通过P盐改良过的Al-18%Si合金，凝固组织中初生硅集中出现在样品的边缘，试样中心磁场强度低。而初生硅均匀分布在样品上则是在施加高磁场的情况下实现的。这被认为是强磁场能抑制熔体的对流。 介绍 在铝硅合金中，铝硅共晶合金的铸造性能最好。铝硅共晶和亚共晶合金共晶Si相的形态结构、大小和分布的力学性能，高度涉及粗针状共晶硅铝基体严重割裂导致的应力集中，降低机械性能，特别是韧性。诱变的过程是改变形状，共晶硅的大小，即改变共晶硅由粗大的针状形状到薄的纤维，以提高铝硅合金的机械性能。变质可以通过添加一些元素或快速冷却来实现，其中前者的应用更为普遍。元素Na，Sr，Sb等通常用作变质剂，其中Na元素是最有效的。但其变质有效时间短，变质后30-60min，重熔后Na化改性就会消失。因此，它往往会被比Na稍差一点的Sr取代。为了解决这两个问题为钠化改性是很重要的。对Al-Si过共晶合金，改性过程是通过外来晶核细化初生硅熔体供给。例如,改性可以通过添加P盐来实现。细化初晶硅的目的是结合铝和高熔点的ALP形式可作为外来晶核。如果初晶硅分布均匀，那么对Al-Si过共晶合金具有良好的切削性能改进。因此，研究初晶硅的分布很重要。 结果发现，利用旋转磁场细化铝枝晶尺寸会使改性效果进一步增强。Shieta研究了Al-Cu合金和0.12T磁场对凝固组织定向凝固特点的影响。Hideyuki等人研究发现凝固铜与磁场悬浮物在1T磁场环境下铜对流熔体难以控制。对于超导材料的发展，高大约10T的磁场是可用和可研究的，如材料，提高材料性能、开发新材料的宏观或微观控制过程，理化反应与Lorenz磁性材料等成为了今后研究的课题。例如，铅铜15%偏晶合金凝固组织合金团块状和偏析出现在铅铜35%过偏晶合金在没有强磁场的条件下。但是，铅铜15%合金的凝固组织在铅铜35.55%合金的偏析与强磁场明显提高情况下会变细。 然而，在高磁场对Al-Si合金的变质效果中却没有研究。在本研究中，对高磁场对质量的影响，重熔和有效时间的Na盐改性铝硅亚共晶合金和Al16%-12.69%Si共晶合金进行了研究。研究了高磁场对经过P盐变质处理后Al-18%Si过共晶合金初生硅的分布影响。 实验 Al-6%Si，Al-12.69%Si和Al-18%Si（质量分数，%)合金是由ZL102（抚顺产）纯铝或纯硅制成的。ZL102合金成分如下11.9%的Si，0.019%的Mn，0.089%的Cu，0.02%的Ti，0.5%的Fe，0.005%的Zn，0.01%的Mg和平衡铝制成的。 实验装置如图一所示。产生高磁场的内直径为100mm，高度为460mm，最大磁通量密度为10.02吨，自制加热炉直径和高度为30mm和460mm。该炉采用直流3500w最大加热功率，温度可达1000℃以上，可以通过调整电压改变。在实验中，加热炉是把在装置中的水冷管安放在装置的内壁和炉之间，冷却水由下向上流动。用K型热电偶测量温度。 把固体铝硅合金放进一个内径和外径分别为20mm和24mm的瓷管内，把管放进炉子里，然后开始加热。对于Al-6%共晶铝硅合金，在改性反应温度达到720℃时添加大约2%的HGB-4在集管中。该HGB-4由氯盐、钾盐、氯化钠等，其中氟化钠添加占比50%。当温度降低到520℃时候，实验制作：（1）启动强磁场发生器（它需要对磁通密度从0T至10T 13min），加热20min后停止加热。在炉中冷却的样品保持温度。（2）热样品再次开始重熔，同时保持高的磁场。样品的温度在720℃加热20分钟后停止加热，在炉中冷却样品。 对Al-12.6%Si合金，在改性反应温度（760℃）时添加HGB-2 2%的量到Al-12.6%Si合金中。HGB-2主要由氯盐和氟化钠组成，氟化钠占比60%。改性反应后，开始添加高磁场在760℃条件下保持20min至40min，然后停止加热，在炉中冷却样品。 对Al-18%过共晶合金来说，在改性反应温度达到780℃时，添加P盐，占比1.5%到Al-18%Si所在集管中。在改性反应过后升高磁场，在780℃温度下保持20min-40min，然后停止加热，在反应炉中冷却试样。 在所有的实验中冷却速度是20℃/min，待样品冷却至室温后停止高磁场。在无强磁场条