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脉冲电流对金属凝固组织具有重要影响,可以用来改善金属凝固组织以便提高材料性能。关于脉冲电流作用下非小平面单相合金的晶体生长前人已进行了众多研究,但是对于非小平面/小平面共晶合金的研究较少。因此,本文选择具有典型非小平面/小平面且应用非常广泛的Al-Si合金为研究对象,研究脉冲电流作用下Al-Si亚共晶、共晶和过共晶合金的定向凝固组织的演化规律。结果表明,脉冲电流对Al-Si合金定向凝固组织影响很大。脉冲电流的作用使Al-Si共晶和过共晶合金中复杂规则组织的个数和面积比明显增加。对Al-15.5wt.%Si过共晶合金中复杂规则组织研究表明,未施加电流复杂规则组织面积比在某一拉速存在最大值。深入研究复杂规则组织的生长方式发现,脉冲电流的加入并没有改变这种组织的生长方式。生长方式均是从复杂规则组织的前端不断长出新的层片,而旧的层片则不断从复杂规则组织的后端消失。脉冲电流作用下亚共晶组织演化研究表明,脉冲电流可以显著增大Al-3wt.%Si亚共晶合金晶体生长的稳定性,并减小初生铝的一次枝晶臂间距。脉冲电流作用下Al-20.5wt.%Si过共晶定向凝固组织研究发现,脉冲电流的加入对硅元素的分布有显著的影响。试样中初生硅在刚开始生长阶段出现了严重的富集,其后随着生长长度的增加初生硅的含量又急剧减少,且主要分布在靠近坩埚壁的区域。利用经典的凝固理论和脉冲电流的效应理论分析发现,脉冲电流的热效应和力效应在这些实验现象中起主导作用。脉冲电流的热效应增加了固液界面的温度梯度,从而促进Al-Si亚共晶合金晶体生长的稳定性;由于固液两相导电率不同导致电流偏聚效应而引起的温度差异和温度梯度的升高降低了初生铝的一次枝晶臂间距。脉冲电流力效应引起的强制对流,不仅有助于晶体生长稳定性,而且促使复杂规则组织形成和影响硅元素的分布。