李志强王伟丽翟薇魏炳波

快速凝固Fe62.1Sn27.9Si10合金的分层组织和偏晶胞形成机理*

李志强 王伟丽 翟薇 魏炳波

(西北工业大学应用物理系，西安710072)
(2010年10月13日收到;2011年11月13日收到修改稿)

采用自由落体和单辊急冷技术研究了三元Fe62.1Sn27.9Si10偏晶合金的相分离和组织形成规律，理论分析了两种快速凝固条件下合金的传热特性．自由落体条件下，由于Marangoni迁移和表面偏析势的作用，液滴凝固组织主要形成富Sn相包裹富Fe相的两层壳核结构．随着液滴直径减小，冷却速率和温度梯度增大，促进偏晶胞快速生长．在单辊急冷条件下，随着辊速的增大，冷却速率从1.1×107增大至6.5×107K/s，合金熔体内部的液相流动和相分离受到抑制，凝固组织发生“九层结构→两层结构→无分层结构”的转变．同时，凝固过程中FeSn+L2→FeSn2包晶反应受到抑制，形成与自由落体条件下不同的相组成．EDS分析显示，αFe相在快速凝固过程中发生显著溶质截留效应．

Fe-Sn-Si偏晶合金，相分离，快速凝固，溶质截留

PACS:81．05．Bx，64．70．Ja，81．30．－t，81．10．－h

1.引言

偏晶合金的凝固过程一直是凝聚态物理和材料科学共同关注的重要研究课题［1—8］．该过程对重力水平比较敏感，这是由于偏晶合金发生相分离以后，两液相的密度相差较大，最终形成宏观偏析或组元分层的凝固组织形态．偏晶合金一旦形成均匀弥散分布的组织，在工业领域有许多独特的应用，如二元Cu-Pb，Al-Bi，Al-Sn和Al-In等合金是自润滑耐磨材料或高温超导材料．因此，人们希望利用快速凝固技术抑制由于重力引起的自然对流和Stokes运动等……