【摘 要】
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难混溶合金的液-液相分离粗化过程对合金最终组织和性能具有重要影响。所谓难混溶合金,是指在其凝固相图中存在难混溶区域,熔体过冷到该区域时,会由单一液相分离成两种具有不同组元成分的液相、互不混溶的一类合金。Cu-Co合金就是其中一种,由于其具有优良的巨磁阻效应,作为磁性材料在电子产业中有着广泛的应用。但Cu-Co合金在常规凝固条件下由于难混溶区的存在,易分离成两不混溶的液相,导致偏析甚至分层,从而限制
【基金项目】
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国家自然科学基金51271055；
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难混溶合金的液-液相分离粗化过程对合金最终组织和性能具有重要影响。所谓难混溶合金,是指在其凝固相图中存在难混溶区域,熔体过冷到该区域时,会由单一液相分离成两种具有不同组元成分的液相、互不混溶的一类合金。Cu-Co合金就是其中一种,由于其具有优良的巨磁阻效应,作为磁性材料在电子产业中有着广泛的应用。但Cu-Co合金在常规凝固条件下由于难混溶区的存在,易分离成两不混溶的液相,导致偏析甚至分层,从而限制了该类合金的应用。为研究难混溶合金液-液相分离粗化机制及影响因素,在实验研究手段外,可以通过数值模拟的方式来阐明液-液相分离粗化机制,为改善合金成分偏析、均匀合金相分布,从而提高合金性能提供依据。本文采用二维Lattice Boltzmann模型（LB模型）,研究了温度T=1400K,过冷度为300K时扩散长大、碰撞凝并和Ostwald熟化等因素共同作用下难混溶Co84Cu16合金的液-液相分离粗化过程。获得主要结果如下:（1）确定了诸如有效密度常数ψ0、密度常数ρ0以及相互作用强度G等模型参数,明确G随界面张力σ增大而增大的关系。（2）分析了单液滴扩散生长规律。当初始浓度C0由0.16增加到0.20,生长速度由6m/s增加到11m/s,最终平衡尺寸由451u增加到491u（11u=0.04μm）;当相互作用强度G由109增大到112,基体平衡浓度降低,液滴生长速度由6m/s增加到11.5m/s,最终平衡尺寸由451u增加到501u。（3）分析了两个液滴碰撞凝并过程的规律。两个液滴凝并与否主要取决于表面间距ds;当中心间距dc过大时需增大半径r使得液滴凝并;G增大促进两个液滴的凝并。（4）分析了 Ostwald熟化过程的规律,并对比凝并与熟化的差异。溶液的过饱和度决定了熟化是否发生。过饱和度高于0.05时,液滴发生凝并,因此C0与G不能过大;半径比越大,发生熟化几率越大;ds越小,液滴接触几率越高,易发生凝并。降低温度,单液滴生长速度提高,两液滴易发生熟化。（5）分析了多液滴生长过程的规律。随着C0和G的增大,液滴的平均直径增大,液滴数目减少,且G的影响效果更显著;在生长初期,扩散和凝并起主要作用,生长后期Ostwald熟化起主要作用。
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