强磁场下Zn-Ag包晶合金凝固行为研究

作     者：索玉松 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李磊

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Zn-Ag合金 凝固 强磁场 组织 晶体学 

摘      要：由于适宜的降解速率和生物相容性,近年来Zn基合金作为生物医用材料受到人们的广泛关注。该合金的物理和化学性能与组织结构密切相关,因此调控其凝固组织十分重要。作为极端物理场,强磁场能够将高强度的能量无接触的传入材料中,显著影响材料的凝固行为。因此,如果在Zn基合金凝固过程中施加强磁场,则有望实现对其组织结构的调控。基于此,本文在不同强磁场作用下以非定向凝固的方式凝固了亚包晶Zn-Ag合金,考察了强磁场下初生ε-AgZn3相的分布、形态、尺寸及排列,研究了初生ε-AgZn3和包晶η-Zn相晶体学取向的变化;探究了 η-Zn固溶体中Ag元素的分布、初生ε-AgZn3枝晶的三维形貌及包晶和初生两相之间的取向关系;并分析了强磁场对合金中这些组织变化的影响机理。结果表明,在无磁场时,初生ε-AgZn3相在整个样品中随机排列且不均匀分布,试样上部和下部的初生ε-AgZn3枝晶的形态与尺寸存在很大的差异。随着磁感应强度的增加,样品宏观组织的均匀程度逐渐提高,初生ε-AgZn3枝晶趋于规则排列:纵截面上十字状枝晶的两个正交主轴分别平行和垂直于磁场方向。在12T磁场下,组织中出现高强度的AgZn3纤维织构和{0001}Zn基面织构:初生ε-AgZn3的c轴沿平行于磁场的方向择优取向,而η-Zn的c轴沿垂直于磁场的方向择优取向。无论是否施加强磁场,包晶η-Zn固溶体中Ag的含量随着与中心初生ε-AgZn3枝晶距离的增加而逐渐降低。同时,初生ε-AgZn3枝晶沿和方向择优生长,并呈现出不同的具有很强各向异性的三维形貌。另外,初生ε-AgZn3相和包晶η-Zn相之间存在特定的晶体学取向关系:[1213]AgZn3//[1210]Zn;(0111)AgZn3//(1011)Zn;(1010)AgZn3//(0002)Zn。样品中宏观组织的均匀化是由强磁场所诱发的磁粘滞阻力作用导致的。高强度的AgZn3纤维织构和{0001}Zn基面织构分别归因于ε-AgZn3晶体的磁晶各向异性和初生ε-AgZn3与包晶η-Zn相之间特定的取向关系。除此之外,在强磁场作用下包晶η-Zn和初生ε-AgZn3相在择优取向上的晶体学一致性也是织构发展良好的重要原因。本课题丰富了强磁场作用下包晶合金凝固的理论基础,并且在一定程度上为生物医用Zn基合金的开发和制备提供了新的思路。