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电流作用下偏晶合金连续凝固过程研究综述报告
概述
连续凝固过程是一种工业化分离技术，被广泛运用于合金制备领域。它的特点是使用凝固模具来冷却熔体，从而形成均匀的、单一的结晶。然而，为了在制备过程中获得一定程度的定向凝固和晶粒选择性增长，通常会对合金进行加工。其中，电流作用是一种常用的方式，可以在晶化过程中施加电场来控制微区域的晶化行为，进而实现结晶定向。
近年来，电流作用下偏晶合金连续凝固过程的研究备受关注。在这种过程中，熔体通过电极进行通电，并通过一个面向熔体的极板将电场应用于晶化过程中。电场可以显著影响凝固的多个方面，例如晶体生长速率、晶界类型和晶界能量，从而影响合金的力学和物理性能。本综述将探讨电流作用下偏晶合金连续凝固过程的最新研究进展、电流作用对晶化过程的影响、电流作用的机理及其应用前景。
研究进展
电流作用下偏晶合金连续凝固过程的研究已有相对丰富的文献。许多研究表明，电场对合金晶化过程的影响与其参数，例如电流密度和施加角度有关。其中，施加角度是指电极与凝固方向之间的夹角。
据文献报道，施加角度可以显著影响合金的晶格取向。当电极与凝固方向平行时，一定晶化条件下会形成沿平行方向的大量基底取向和沿垂直方向的小量位错取向；当电极与凝固方向垂直时，一定晶化条件下会形成沿水平方向的大量位错取向和沿垂直方向的小量基底取向。因此，施加角度可以通过调整电极方向来实现合金中晶体定向的选择性生长。
此外，研究人员还发现，电流密度对合金晶体生长速率和形态的影响也非常显著。随着电流密度的增加，快速凝固模式会发生，晶体的生长速率会增加，结晶界面成为了很多宏观裂纹和偏析带的起点，从而导致晶界类型变得复杂，甚至出现晶粒选择性增长。因此，研究人员可以通过调整电流密度来实现晶格和结晶界的控制。
另外，电流作用下合金晶化过程的物理效应也受研究者广泛关注。例如，电场可以影响合金中固液界面的迁移速率、界面性质和固液相变等过程，从而影响合金的相变行为。此外，电场还可以影响合金中溶质的分配系数，并引入位错、等多种缺陷。因此，电流密度和施加角度是影响合金晶格结构和性质的主要调节参数。
电流作用对晶化过程的影响
电流作用对晶化过程的影响主要包括以下几个方面。
1.推动液体对凝固模具的流动
由于电极的电荷极性不同，所以施加电场会在熔体中产生电动力，从而推动液态金属对凝固模具的流动。电动力的大小取决于电场强度、电流密度和熔体的基本性质，例如电导率和表面张力。因此，根据这些参数的不同，可以在晶化过程中获得不同的流动模式。例如，在快速晶化过程中，强电场可以引发沿着电流方向的临界流动，形成沉积快速生长的板条状晶体。
2.控制晶格取向和结晶界
施加电场可以影响晶体的生长速率和方向，并改变模具表面的温度梯度，从而形成偏析带、晶界和孪生。这些结构特征可以通过改变电场中的方向和强度进行精准控制。例如，施加不同的电流密度可以控制晶体生长速率，从而影响晶粒选择性增长；同时，改变施加角度可以实现基底取向或位错取向生长。
3.影响固液相变行为
电场下晶化过程的物相变形态与温度梯度、成核难度、熔体组成以及施加电流密度等参数有关。例如，在300-350°C温度范围内，施加电流使晶粒大小和形态发生变化。而在850°C左右施加电流时，相变行为也会发生变化。这是因为电场具有降低粘着力和界面能的作用，从而改变了液体晶体固液相变的动力学特征。
电流作用的机理
尽管存在种种来源上的不同，但强电场不太可能启动重元素或析出阶段的形成。这是因为，电子被强电场加速到需要形成这些金属固相所需的匹配能级，需要的势垒太高，因此相互作用的量不足以形成金属固相。相反，强电场可以影响金属凝固的质子和迁移电荷在二极管中的转移速率，从而影响晶体的生长速率和晶界类型。此外，电场可以引发固液相变，并改变金属中组元的分布。
前景展望
电流作用在合金制备中已经得到了广泛应用，尤其是在定向凝固方面。电场可以精准控制晶格取向和结晶界，从而改善合金的力学和物理性能。此外，电场下的相变行为，还在很大程度上改善了合金的化学和物理特性。基于上述优点，电流作用在各种工业部门中得到广泛应用，例如汽车工业、航空航天工业、船舶制造、电子制造、医疗器械等领域。
总之，电流作用是一种重要的金属合金加工方法，可以广泛应用于各种类型的金属合金制备中。它具有许多优点，例如成本低、生产效率高和可控性强，因此在工业中得到了广泛应用。未来，随着电流作用技术的不断发展，我们有理由相信它将在未来的材料科学领域中发挥越来越重要的作用。