强磁场因具有无接触、能量高等优势,在有相变和无相变的材料制备过程中的作用明显。而且,强磁场可以抑制一些因素,而突出一些效应,从而使原来很复杂,甚至混乱的过程变得较为简单,易于直接了解其物理实质。强磁场下的材料研究正日益成为科技工作者关注的热点。尤其在合金的凝固过程中,可以利用其对相变过程的影响以及固/液两相共存阶段固相与熔体间的磁性等物性差异,极大地改变最终的凝固组织,获得预想的组织和性能。本课题立足于强磁场对物质的磁力、磁能的作用,固相物质在熔体中的迁移和旋转等运动行为将发生改变,进而对凝固组织的演化过程造成影响,从而改变合金的物理、力学等性能。针对合金熔体中的外生/内生颗粒的上述过程进行了理论和实验研究,研究的内容及主要结果如下：(1)在强磁场下熔体中单个固相颗粒的迁移、旋转等运动行为理论研究的基础上,对多个颗粒的相互作用进行了系统的理论分析。多颗粒间的相互作用包含有吸引、排斥,它们对颗粒的分布和排列有着最重要的影响。相互吸引有助于形成类棒状的聚集态组织；而相互间的排斥则有利于形成均匀分布的组织。在固相颗粒高体积分数时,单个颗粒的旋转运动行为将会因相互作用而受到阻碍,此时凝固组织的形成更多地依赖于颗粒的继续生长。(2)实验研究了强磁场下外生颗粒在熔体中的运动行为及对凝固组织的影响。对有无强磁场下添加过量Al-Ti-B中间合金的Al-Si合金中的未熔化固相TiAl3颗粒的运动行为进行了实验研究。结果表明：强磁场可有效地改变TiAl3颗粒在凝固组织中的分布和排列情况。随着均恒磁场的强度增加,TiAl3颗粒在熔体中的沉降行为得到抑制；而在改变磁场梯度条件时,可强化颗粒的沉降行为或更有效地抑制其运动,从而获得梯度分布或均匀分布的凝固组织。同时,未熔化的TiAl3颗粒规则地呈长轴平行于磁场方向排列。原因在于强磁场条件下为降低体系的自由能,形状各向异性的颗粒发生旋转导致上述结果。(3)实验研究了均恒强磁场下不同体积分数内生颗粒时的运动行为以及对凝固组织的影响。将处于强磁场条件下Bi-Mn二元合金中半熔化状态的固相MnBi相颗粒作为研究对象,进行了内生颗粒的运动、生长的行为研究,以及凝固组织对磁性能的影响。结果表明：体积分数不同,凝固组织中的MnBi相长轴方向与外加磁场方向角度差异有所变化；体积分数高时,角度差异较大。但XRD结果表明,不同体积分数时的MnBi相晶体取向是一致的,均呈现c轴平行于外场。其原因在于低体积分数时颗粒间的相互作用更多地呈现吸引和排斥,而高体积分数时颗粒间的相互作用加强虽然阻碍了固相颗粒的旋转运动,但在随后的继续生长过程中,MnBi晶粒周围局部磁场条件的改变导致了MnBi相晶粒的优先生长方向由基面转为c轴方向。半固态下凝固的Bi-Mn合金的磁性能经VSM测定后,饱和磁化强度明显高于未施加磁场条件的。(4)实验研究了梯度强磁场下低溶质含量合金中先析出相颗粒的运动行为以及对凝固组织的影响。对Bi-4.36wt%Mn合金中先析出的MnBi相颗粒在不同梯度条件下的分布和晶体取向进行了分析研究。结果表明：先析出的铁磁性MnBi相会在磁化力的作用下向磁场中心部位发生运动,导致偏聚情况发生,其体积分数是呈连续梯度分布的。并且先析出的MnBi相由于晶粒尺寸小,相互作用范围相应地小。由此导致先析出的MnBi相晶粒形成的聚集体尺寸及间距均小于后期凝固过程中形成,即更靠近试样中心部位的聚集体尺寸及间距。聚集区的MnBi相颗粒的晶体取向一致和高体积分数提高了材料的磁性能。(5)实验研究了高溶质含量合金中先析出相颗粒的运动、生长行为以及对凝固组织的影响。对Bi-8.25wt%Mn合金中先析出的MnBi相颗粒在不同磁场强度和梯度条件下的形貌和取向进行了分析研究。结果表明：施加均恒磁场后的样品中心部位以及梯度磁场下的样品中靠近磁场中心部位,均出现了片层状,尺寸异常发达的MnBi相晶粒,对其进行XRD测试结果与低溶质条件下情况一致,即MnBi晶体的c轴平行于外场方向。NiAs型六方结构的MnBi相基面生长速度异常的原因在于,受磁场影响的先析出MnBi相以c轴平行于外场处于熔体之中,其周围的局部磁场导致了横向上溶质含量减小,端部溶质含量升高。因而横向的凝固前沿局部具备了成分过冷的条件,生长速度加快,同时端部的溶质含量提高抑制了c轴方向的生长。从而在凝固初期的先析出MnBi相能够生长成大片状晶粒,而相对后期的MnBi晶粒尺寸由于熔体中的溶质含量较低,凝固组织接近于低溶质成分合金的情况。