难混溶合金是一种具有广泛工业应用前景的合金,但由于其独特的凝固特性,在常规凝固条件下,极易形成严重的比重偏析,导致其优异的性能无法充分发挥。近年来,随着超导技术和Bitter磁体技术的发展,实现了10-30 T量级的恒定、长时的强磁场。研究表明,其极强的洛伦兹力、磁场力、磁场能量效应对金属的凝固过程有着深远的影响,如合金相取向、晶粒迁移、枝晶细化等,显示其与常规凝固截然不同的规律和机制,将超强磁场应用于难混溶合金的凝固,以期望解决其比重偏析严重的问题,至今研究尚不深入。因此,开展磁场下难混溶合金凝固研究的意义非常重大。本文以Zn-Bi难混溶合金为研究对象,对0-30 T磁场下的难混溶合金的凝固行为开展了深入研究,并尝试探索常规重力和常规冷却条件下均质难混溶合金的制备途径。获得如下研究成果:研究了0-30 T纵向强磁场对成分处于难混溶区内的Zn-Bi合金凝固过程中第二相液滴偏析行为的影响规律。发现施加强静磁场可以显著抑制第二相Bi液滴的Stokes沉降运动和Marangoni运动,但高达29 T的强静磁场仍无法完全消除Spinodal分解造成的成分偏析。强静磁场对Zn-Bi合金中Bi液滴的形核与长大过程影响显著:磁场大于17.4 T时,Bi液滴以纯扩散方式长大;小于17.4T时,则以碰撞、凝并方式长大。研究了0-30 T纵向强磁场下冷却速度对Zn-6wt.%Bi难混溶合金凝固组织形貌的影响规律。结果表明,淬火冷却的Zn-6wt.%Bi难混溶合金的表层等轴晶中形成了一种链状组织;随炉冷却则形成了一种Bi包围Zn相的壳型凝固组织,并基于热电磁流理论探讨了壳型组织的形成机制。研究了横/纵向磁场诱导的热电磁力对合金凝固组织中第二相分布的影响规律。结果表明,1 T量级的横/纵向磁场在熔体中产生了显著的热电磁力,并形成了宏观的热电磁流动,显著改变了Bi液滴在空间的分布规律。针对采用29 T强静磁场和淬火冷却条件仍无法抑制具有强烈液液分离倾向的难混溶合金的Stokes沉降和Marangoni凝并导致的宏观偏析问题,提出了强磁场复合交变电流调控难混溶合金凝固组织的新方法。结果表明,当磁感应强度为10 T、电磁体积力为5×105 N/m~3、交变电流频率为50 Hz时,Zn-10wt.%Bi和Zn-20wt.%Bi合金凝固组织中Bi颗粒的粒径最小且最弥散,获得了几乎均匀的凝固组织。过低或过高的交变电流频率都会显著促进Bi液滴的碰撞和凝并,加重合金的偏析。由于在研究强静磁场对成分处于非难混溶区内的合金凝固影响的过程中发现,纵向强磁场对Zn-84~97.3wt.%Bi合金凝固组织的取向具有显著的影响,对比研究了磁场下Zn-95wt.%Bi合金和具有偏晶特性的Bi-Mn合金组织中析出相的取向机制。发现Zn-95wt.%Bi合金在0 T和6 T条件下其凝固组织显示出共同的磁各向同性,6 T条件下的凝固组织在平行于磁场方向上表现出最小的抗磁化强度特征;在2 T和4 T条件下则显示出共同的磁各向异性。在30 T和60℃/min的冷却条件下,Bi-Mn合金凝固组织中的α-BiMn的取向与磁场方向平行;在30 T和5℃/min的冷却速度时,则是一种呈多层分布的组织。本文对磁场作用下不同成分的Zn-Bi难混溶合金凝固过程的系统研究,丰富了磁场下难混溶合金的凝固理论,对均质的难混溶合金的制备具有重要的学术指导价值和工程意义。