三元Cu60Fe30Co10 包晶合金的亚稳液相分离与快速凝固.PDF

中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2007 年 第 37 卷 第 3 期: 376~384 SCIENCE IN CHINA PRESS 三元Cu60Fe30Co10 包晶合金的亚稳 液相分离与快速凝固 代富平 曹崇德 魏炳波* (西北工业大学应用物理系, 西安 710072) 摘要 利用落管技术和DSC 热分析方法, 研究了三元Cu60Fe30Co10 包晶合金的 亚稳液相分离现象和快速凝固过程. 发现该合金在 1623.5 K 发生亚稳液相分离, 形成了两个液相分别凝固为 fcc 结构的Cu(Fe,Co)固溶体和bcc 结构的Fe(Cu,Co) 固溶体. 落管中快速凝固条件下, 合金过冷度和冷却速率均随液滴直径的减小而 增大. 一定的过冷度水平是发生亚稳液相分离的必要条件, 同时冷速大小直接影 响凝固组织演变. 随着冷速增大, Fe(Cu,Co)相逐渐细化, 弥散分布于Cu(Fe,Co)相 基体中. 计算分析了 Fe(Cu,Co)小液滴在 Cu(Fe,Co)液相基体中的 Stokes 运动和 Marangoni 迁移, 发现在落管中微重力条件下Marangoni 迁移速率明显高于Stokes 运动速率, Fe(Cu,Co)小液滴的运动主要由Marangoni 迁移支配. 在同一过冷度下, V / V 随Fe(Cu,Co)小液滴直径的减小而增大. 对相同尺寸的Fe(Cu,Co)小液滴, 过 M S 冷度越大, V / V 越大. M S 关键词 三元包晶合金 亚稳液相 快速凝固 微重力 液相分离 20 世纪 90 年代以来, 研究发现Cu-Co, Cu-Co-Ni和Cu-Fe-Co等包晶型合金具有良好的巨磁 电阻效应. 但是这类包晶合金在深过冷条件下存在亚稳不混溶间隙, 凝固过程中容易产生液 相分离现象, 目前已成为凝聚态物理和材料科学领域的研究热点 [1~4]. 早在 1958 年, Naka- gawa[5]在研究Cu-Co和Cu-Fe包晶合金的电磁特性时就发现, 这两种合金在深过冷条件下发生 亚稳液相分离现象, 均匀的合金熔体分离为富 Co( 或 Fe) 和富 Cu 的两个液相. 虽然关于 Cu-Fe-Co三元合金多层薄膜的不混溶和相分离行为已有一些研究 [6], 但是对其亚稳液相分离 和快速凝固的研究迄今仍较少. Jellinghaus 曾报道了Cu-Fe-Co三元合金相图的若干纵截面, 然 而并未发现该合金系具有亚稳液相分离行为. 近年来, Munitz等人 [7]和Kim等人 [8]分别研究了 其深过冷和液相分离特征, Bamberger等人 [9]估算了该三元合金体系的亚稳相图, 为系统研究 收稿日期: 2007-02-12; 接受日期: 2007-04-18 国家自然科学基金资助项目(批准号: * 联系人, E-mail: bbwei@ 第 3 期 代富平等: 三元 Cu60Fe30Co10 包晶合金的亚稳液相分离与快速凝固 377 其凝固过程和液相分离特征提供了基本依据. 图 1 为Cu-Fe, Cu-Co和Fe-Co二元合金系的平衡相图 [10~12], Cu-Fe和Cu-Co合金系在宽广的 成分范围内具有平坦的液相