·194· 北京科技大学学报 2005年第2期 电脉冲发生器 变为非常均匀的球状晶组织（图2（©）).在树枝晶 1.2实验结果 形态发生改变的同时，疑固组织明显细化，并且 改变电脉冲处理参数，凝固组织的变化规律 细化过程与枝晶形态转变的规律一致，即当树枝 是不同的.在脉冲频率、脉冲能量以及处理时间 晶形态明显时，组织十分粗大：树枝品开始褪化 等实验参数不变的条件下，改变脉冲电压，得到 时，凝固组织同时得到细化：晶粒呈现均匀的球 的凝固组织如图2所示.图2()为未经电脉冲处 状形态时，凝固组织细化均匀. 理的空白试样的凝固组织，为典型的树枝晶组 织，一次枝晶粗大，二次枝晶发达清晰，三次枝晶 2 机理探讨 随处可见：随着处理电压的变化（电压为时）， 21脉冲电场改变合金熔体结构的作用机制 二次晶发生了明显的褪化，一次晶也变短，凝固 在分析脉冲电场改变合金熔体结构及凝固 组织从典型的树枝晶组织向短杆状组织和球状 组织前，首先应分析合金熔体的构成机制.合金 组织转化（图2(b):脉冲电压为时，凝固组织转 熔体由原子团簇及自由原子组成例，其中原子团 簇包括同种原子构成的团簇和不同种原子构成 的团簇，分析认为，熔体中不同种类的原子构成 团簇的根本原因是不同原子之间存在的电离能 和电负性以及电子排布的差异，对于不同种类的 原子，其离域电子的数量以及电离能和电负性不 同，导致原子核对电子的吸引能力不同.”.从宏 观的角度看，合金熔体显示电中性：但是从微观 的角度分析，不同原子存在的电离能、电负性等 差别而会显示出微弱的电性差.电离能大的原 子，其原子核周围自由电子出现的几率大而显弱 的负电性，反之电离能小的原子其原子核周围自 由电子出现的几率小而显弱的正电性. 对合金熔体施加电场的实质是对其施加能 量，但是由于电脉冲处理的特殊性，其作用与以 相同的能量通过电阻热提高熔体温度的作用不 同.电场的脉冲能量被电子吸收使其能量增加并 影响其运动状态.当电子获得能量后，更容易脱 I mm 离开原子核的束缚而成为自由电子，减小不同种 类原子核周围电子出现的几率差，进而减小不同 原子之间的电性差，当合金熔体处于电脉冲处理 时，由于原子团簇的结构紧密，电阻较小，电流更 多的是通过原子团簇，这样原子团簇内电子获得 的能量相比之下会更多.这对于不同种类原子组 成的原子团簇产生的影响更加显著，由于原子之 间的电性差减小，原子间结合力减弱，导致原子 团簇尺寸减小，甚至完全解体 熔体中原子团簇的形成与分解存在下列平 图2不同电脉冲工艺条件下Sn-15%Pb合金凝固组织.(a)未 衡（以最简单结构的原子团簇为例）： 处理；(b)过渡形态()：(C)球状组织(V) ①-①+②-②++2①② (1) Fig.2 Microstructures of Sn-15%Pb alloy with different treating processes:(a)untreated;(b)transition();(c)cell-type crystal 式中①①和②②代表同种原子构成的原子团 () 簇，①②代表异种原子构成的原子团簇.当熔体一 1 9 4 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 2 期 电脉冲 发 生器 . L Z 实验 结 果 改变 电脉冲 处 理参 数 , 凝 固组织 的变 化 规律 是 不 同 的 . 在脉 冲 频 率 、 脉 冲 能量 以及 处 理 时 间 等 实验 参 数 不变 的 条件 下 , 改变 脉 冲 电压 , 得 到 的凝 固组 织 如 图 2 所 示 . 图 2 (a) 为未 经 电脉 冲 处 理 的空 白试 样 的凝 固组 织 , 为典 型 的树 枝 晶 组 织 , 一 次枝 晶粗 大 , 二 次枝 晶发达 清 晰 , 三 次枝 晶 随 处可 见 : 随着 处 理 电压 的变化 ( 电压 为 从 时 ) , 二 次 晶发 生 了 明显 的褪 化 , 一 次 晶也变 短 , 凝 固 组 织 从 典 型 的树 枝 晶组 织 向短 杆 状 组 织 和 球状 组 织转 化 ( 图 2 (b) ) ; 脉 冲 电压 为 K 时 , 凝 固组 织 转 变 为 非常 均匀 的球 状 晶组 织 ( 图 2 c( )) . 在 树枝 晶 形 态发 生 改变 的 同时 , 凝 固组 织 明显 细 化 , 并 且 细 化过 程 与枝 晶形 态转 变 的规 律 一致 , 即 当树 枝 晶形态 明显 时 , 组 织 十 分粗 大 ; 树 枝 晶开 始褪 化 时 , 凝 固组 织 同时得 到 细化 ; 晶粒 呈现 均 匀 的球 状 形态 时 , 凝 固组 织 细 化均 匀 . 图 2 不 同 电脉冲工 艺条 件下 sn 一 15 % P b 合金凝 固组织 . (a) 未 处理 ; ( b )过渡形 态 ( 践) ; ( e )球状 组织 ( K ) F i.g 2 M i c心t r u e t u 作5 o f s一 1 5% P b a l o y w i th d i力阮代 n t t 代a n n g Pm e e s s e s: ( a ) u n t er a t e d ; (I,) atr . , i ti o n (K ) ; (c) c e U . yt p e e yr s t a l (匕 ) 2 机 理 探 讨 .2 1 脉 冲 电场 改变 合 金 熔体 结 构 的作 用 机 制 在 分 析 脉 冲 电场 改 变 合 金 熔 体 结 构 及 凝 固 组 织前 , 首 先应 分 析 合 金熔体 的构成 机 制 . 合 金 熔 体 由原 子 团簇 及 自由原子 组 成 l9] , 其 中原 子 团 簇 包 括 同种 原子 构 成 的 团簇和 不 同种 原 子构 成 的团簇 . 分 析 认 为 , 熔体 中不 同种类 的原 子 构成 团 簇 的 根本 原 因是 不 同原 子 之 间 存在 的 电离 能 和 电负 性 以及 电子 排布 的差异 . 对 于 不 同种类 的 原 子 , 其离 域 电子 的数 量 以及 电离 能 和 电负性 不 同 , 导 致原 子核 对 电子 的吸 引能 力不 同`, 0, ” , . 从宏 观 的角 度 看 , 合 金 熔体 显示 电中性 ; 但 是 从微 观 的 角度 分 析 , 不 同原 子存 在 的 电离 能 、 电负性 等 差 别 而会 显 示 出微弱 的 电性 差 . 电离 能 大 的原 子 , 其 原子 核周 围 自由 电子 出现 的几 率大 而显 弱 的 负 电性 , 反之 电离 能小 的原 子其 原 子核 周 围 自 由电子 出现 的几 率 小而 显 弱 的正 电性 . 对 合 金 熔体 施 加 电 场 的 实 质 是 对 其 施 加 能 量 , 但 是 由于 电脉 冲 处理 的特殊 性 , 其 作 用与 以 相 同 的 能量 通过 电阻热 提 高熔体 温度 的作 用 不 同 . 电场 的脉 冲 能量 被 电子 吸 收使 其 能量 增加 并 影 响 其运 动 状 态 . 当 电子 获 得 能量 后 , 更 容易 脱 离 开 原子 核 的束 缚而 成 为 自由电子 , 减 小 不 同种 类 原 子核 周 围 电子 出现 的几 率差 , 进而 减 小不 同 原 子 之 间的 电性 差 . 当合 金熔 体处 于 电脉 冲处 理 时 , 由于 原子 团簇 的结构 紧密 , 电阻较 小 , 电流 更 多 的是通过原 子 团簇 , 这样 原 子 团簇 内 电子获 得 的能 量相 比之 下 会更 多 . 这 对 于不 同种 类 原子 组 成 的原子 团簇产 生 的影 响更 加 显著 , 由于 原子 之 间 的 电性 差 减 小 , 原 子 间 结合 力 减 弱 , 导致 原 子 团簇 尺 寸减 小 , 甚 至 完 全解 体 ’ 12] . 熔体 中原 子 团簇 的形 成 与分 解 存在 下 列平 衡 (以最 简单 结 构 的原 子 团簇 为例 ) : ①戒卫+ ② 一 ②一 2①气多 ( l ) 式 中① 一 ④ 和 ② 一② 代表 同种 原 子 构 成 的 原 子 团 簇 , (D气雾代 表 异种 原 子 构成 的原子 团簇 . 当熔 体