用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于流场形态显示的Al‑Ag‑Ge合金，所述合金的化学式为Al

Al Ag Ge alloy for flow visualization and its preparation

【技术实现步骤摘要】
用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，具体为一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法。
技术介绍
在合金熔体的凝固过程中，液相及半固态糊状区的流动对于液固界面前沿的温度场与溶质场具有显著影响，从而影响凝固组织的形成。通过流场可视化方法获取合金熔体内的流场形态，并研究熔体流动对凝固组织形成的影响，是凝固科学的一个重要研究课题。由于合金熔体通常处于高温、不透明状态，难以对熔体流动进行常规的直接观察或测量。目前，合金熔体内流场的可视化方法，以模拟方法为主。主要采用下列几种途径：(1)数值模拟方法。该类方法通过数值仿真的方法对合金凝固过程进行建模，用于模拟合金熔体的流动过程。例如，专利CN103279630A提供了一种激光深熔点焊匙孔动态成形数值模拟方法，该专利技术利用FLUENT平台对激光焊接过程进行建模，并在模型中考虑熔体流动，通过计算获取激光焊接过程中熔体内的速度场。该类方法通过计算机建模，相比于实验方法更为简便。但在建模过程中往往需要进行大量的假设，以简化模型，而计算的准确度与模型假设、边界条件等相关，因此导致计算结果与实际熔体流场之间存在误差。因此，采用数值模拟方法尚不足以准确获取熔体内的流场形态。(2)物理模拟方法。该类方法利用透明溶液作为模型合金，结合流场可视化技术对模型合金内的流场进行观测，以作为对实际合金熔体流动的模拟。例如，专利CN104164537A提供了一种炼钢过程中真空精炼物理模拟试验方法及装置，该专利技术采用粒子图像测速法，在透明液体中加入示踪粒子，通过流场可视化方法获取模拟对象内的流场空间结构以及流动特性，用于模拟实际的炼钢过程。对于此类方法，尽管示踪粒子的直径通常很小，但示踪粒子的引入，必然对溶液的流动状态造成影响。并且由于所选取的透明溶液的性质与实际合金熔体之间存在差异，以及物理模拟时的实验条件与实际凝固条件之间存在的差异，进一步影响了研究的准确性。由于现有的模拟研究方法存在的局限性，需要对熔体流动及流场形态进行直接观测与研究。由于熔体内流场难以进行直接观测，通过凝固组织研究合金凝固前的熔体流动是一种理想的研究方法。研究者从凝固实验的角度进行分析，通过优化合金成分设计，并结合特殊的凝固技术，使得凝固组织在形成过程中保留熔体流动时的流场特征。该研究流程作为一种直接的流场研究方法，相比于间接的模拟研究方法，其所获取的研究结果更接近真实情况。申请人曾通过落管无容器快速凝固技术，制备了Al57Ag12Ge31合金的球形颗粒(StructuralevolutionandmicromechanicalpropertiesofternaryAl-Ag-Gealloysolidifiedundermicrogravitycondition,ActaMaterialia,141(2017)456-465)，该合金的凝固组织在形成过程中，熔体中的富(Ge)相微小液滴在Marangoni效应的作用下向熔体边缘处运动，在合金颗粒边缘的凝固组织中可以观察到特殊的(Ge)圆环。但目前的主要问题在于，目前所已知的合金熔体，其流动状态难以在凝固组织中保留，因此尚不足以通过凝固组织结构获取熔体在凝固前的流动状态与流场形态，需要对合金成分的设计与凝固方式做进一步的优化。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金及其制备方法，所述Al-Ag-Ge合金的熔体在快速凝固的过程中，能够保留熔体内的流动效应，并形成独特的漩涡状凝固组织，以显示出熔体内的流场形态。运用所述Al-Ag-Ge合金，解决了现有的模拟研究方法难以直接并准确获取合金熔体流动状态与流场结构的问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一方面，本专利技术提供一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金，所述合金的化学式为AlxAgyGez，其中：x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100-x-y。优选地，x＝70±1,y＝20±1,z＝100-x-y；而进一步优选地，其中x＝70,y＝20,z＝10。优选地，所述合金的凝固组织由Al初生相、Ag2Al金属间化合物相与(Al+Ge)两相共晶构成。另一方面，本专利技术还提供一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物，所述颗粒物的凝固组织由Al初生相、Ag2Al金属间化合物相与(Al+Ge)两相共晶构成，所述颗粒物的组成化学式为AlxAgyGez，其中，x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100-x-y；颗粒物的粒径为100-1000μm。优选地，x＝70±1,y＝20±1,z＝100-x-y；而进一步优选地，其中x＝70,y＝20,z＝10。优选地，所述颗粒物的粒径为400-1000μm。优选地，所述颗粒物为球形颗粒。再一方面，本专利技术提供一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物的制备方法，其包括如下步骤：S1:按照以下原子百分比称量各金属原料：Al为67～72％，Ag为18～23％，余量为Ge；S2:在惰性气氛保护下，将以上金属原料混合熔炼以获得成分均匀的母合金；S3:将母合金装入底部中央开有Φ0.3-Φ3mm圆孔的试管中，并将试管安装至落管无容器处理装置的加热装置的中心位置；S4:对落管无容器处理装置的腔体内部抽真空，并充入惰性气体，使落管无容器处理装置的腔体内部达到标准大气压；S5:开启落管无容器处理装置的加热装置，以熔化试管内的母合金得到合金熔体，使合金熔体的过热度达到200K以上；S6:向所述试管上部充入高压惰性气体，在高压惰性气体的作用下，试管内的合金熔体从底部中央的圆孔处喷出并分散为直径不同的液滴，液滴在自由下落的过程中快速冷却并凝固，收集凝固颗粒，制得用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物。根据本专利技术较佳实施例，步骤S2、S3、S4、S6中，所述惰性气氛为氩气、氦气或氩气与氦气的混合气。根据本专利技术较佳实施例，步骤S2中，所述各金属原料被放入真空电弧炉自带的水冷铜坩埚中，在惰性气体的保护下进行熔炼，得到成分均匀的母合金。根据本专利技术较佳实施例，步骤S3中，所述落管无容器处理装置内部带有高频感应加热线圈，所述试管安装在所述高频感应加热线圈的中心位置，所述高频感应加热线圈为步骤S5所述的加热装置。所述试管为石英试管等耐高温的透明试管。根据本专利技术较佳实施例，步骤S4中，采用机械泵和分子泵将所述落管无容器处理装置的内部抽真空至1.0×10-4Pa以下。本专利技术还请求保护Al-Ag-Ge合金在用于流场形态显示中的应用，其中Al-Ag-Ge合金的化学式为AlxAgyGez，其中x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100-x-y。(三)有益效果本专利技术的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金，其特征在于，所述合金的化学式为Al

【技术特征摘要】
1.一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金，其特征在于，所述合金的化学式为AlxAgyGez，其中：x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100-x-y。


2.根据权利要求1所述的用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金，其特征在于，x＝70,y＝20,z＝10。


3.根据权利要求1所述的用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金，其特征在于，所述合金的凝固组织由Al初生相、Ag2Al金属间化合物相与(Al+Ge)两相共晶构成。


4.一种用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物，其特征在于，所述颗粒物的凝固组织由Al初生相、Ag2Al金属间化合物相与(Al+Ge)两相共晶构成，所述颗粒物的组成化学式为AlxAgyGez，其中，x、y、z为各组分对应的原子百分比，x＝67～72,y＝18～23,z＝100-x-y；颗粒物的粒径为100-1000μm。


5.根据权利要求4所述的用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物，其特征在于，x＝70,y＝20,z＝10。


6.根据权利要求4所述的用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物，其特征在于，所述颗粒物的粒径为400-1000μm。


7.根据权利要求4所述的用于流场形态显示的Al-Ag-Ge合金颗粒物，其特征在于，所述颗粒物为球形颗粒。


8.一种用于流场形态显示的Al-Ag-...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮莹，李浩然，魏炳波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61