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高频磁场下表面复合材料的制备

作　者: 黄利生
导　师: 金俊泽
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高频磁场表面复合材料铝硅合金
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着科技发展,新的工艺不断产生,电磁加工工艺也不断完善。高频磁场下表面复合材料的制备作为新工艺的应用,日益得到重视。本文从电磁场的基本原理出发,根据金属熔体内部电磁体积力的数学式,分析了固相颗粒在金属熔体中的运动速度计算模型,并对影响颗粒运动的各因素,包括颗粒直径、试样直径、颗粒形状系数等进行研究,并由颗粒运动速度推算出颗粒在试样中的运动时间数学式。高频磁场中的金属熔体不仅受到电磁力的作用,还受到电磁感应加热的作用。文中对电磁感应加热的感应热进行计算,同时对金属在自然对流下的散热行为进行计算,而两者决定了金属熔体的平衡温度,从而能够使复合材料制备过程中的熔体温度维持动态稳恒。通过理论的分析金属熔体中固相颗粒的运动状态后,本文进一步进行了实验的研究。对不同硅含量的铝硅合金、不同尺寸的试样的研究表明: 1、对直径为10mm的试样进行研究,在施加功率为2-3kw,施加磁场时熔体温度为650℃,施加磁场的最小时间为20s就能实现对初晶硅的有效偏聚,从而制备出表面质量良好的复合材料。随着试样直径的增大,则磁场作用的时间也将加长,在试样直径为16mm时,作用时间为60s,在试样直径为22mm时,作用时间为80s。 2、直径为10mm的试样在施加功率为2-3kw时,对熔体在不同温度下的偏聚效果进行分析,发现对Al-16wt%Si合金而言,施加磁场的最佳温度区间为580℃-600℃,但是对于Al-24wt%Si合金,其磁场作用的有效温度区间为600℃-620℃。而且随着硅含量的增加,这个温度区间将会逐渐提升,但一般保持在固液两相区的中间温度偏下的温度区间。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1引言  8-22
  1.1 复合材料的发展与前景  8-9
  1.2 表面复合材料的应用和制备  9-14
    1.2.1 表面复合材料的兴起及分类  9-10
    1.2.2 薄膜结构的表面复合材料的制备  10-11
    1.2.3 功能梯度结构复合材料的研究现状和发展  11-14
  1.3 电磁方法制备表面复合材料  14-20
    1.3.1 反应合成技术的特点  14-15
    1.3.2 电磁法制备表面复合材料  15-19
    1.3.3 电磁法制备表面复合材料的优点  19-20
  1.4 本文研究的目的和内容  20-22
2 高频磁场下电磁理论的分析  22-35
  2.1 电磁场的基本原理  22-23
  2.2 电磁分离原理  23-24
  2.3 粘滞阻力的分析  24-25
  2.4 固相颗粒的运动  25-28
    2.4.1 固相颗粒运动速度的推算  25-26
    2.4.2 运动速度与时间的分析计算  26-28
  2.5 高频磁场的检测  28-34
    2.5.1 线圈内部径向磁场的分布  29-32
    2.5.2 线圈内轴向方向磁场的分布  32-33
    2.5.3 液柱内磁感应强度的计算  33-34
  2.6 结论  34-35
3 金属熔体的电磁感应加热及其散热  35-46
  3.1 电磁感应加热  35-40
    3.1.1 电磁感应加热原理  35
    3.1.2 感应电流的集肤效应与透入深度  35-37
    3.1.3 有效加热层  37-38
    3.1.4 电磁感应加热的计算  38-40
  3.2 金属熔体的散热  40-42
    3.2.1 感应加热金属的热流分布  40
    3.2.2 金属熔体的散热分析  40-42
  3.3 金属的凝固  42-44
  3.4 结论  44-46
4 高频磁场下表面复合材料的制备  46-58
  4.1 实验装置  46-47
  4.2 磁场作用时间的研究  47-48
  4.3 熔体温度的选择  48-51
  4.4 合金成分的影响  51-52
  4.5 试样尺寸的影响  52-55
  4.6 分析与讨论  55-56
  4.7 结论  56-58
5 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 进一步研究的工作  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65
大连理工大学学位论文版权使用授权书  65

高频磁场下表面复合材料的制备

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