深過(guò)冷合金熔體的熱物理性質(zhì)及殼核凝固組織研究.pdf

1、該文定量地測(cè)定了深過(guò)冷Ni-Si和Co-Si合金熔體的表面張力和比熱,并系統(tǒng)地研究了Ni-Pb二元偏晶合金中殼核凝固組織的形成機(jī)制.主要取得以下幾方面的研究結(jié)果:利用電磁懸浮技術(shù)結(jié)合液滴振蕩法定量測(cè)定了深過(guò)冷液態(tài)Ni-5％Si和Co-25％Si合金的表面張力,分別獲得了206K(0.13T<,L>)和223K(0.14T<,L>)的最大過(guò)冷度.發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)合金的表面張力與溫度呈線性函數(shù)關(guān)系,在熔點(diǎn)處沒(méi)有突變發(fā)生,在實(shí)驗(yàn)所覆蓋的溫度范圍內(nèi)σ

2、<,Ni-5％Si>=1.697-3.97×10<'-4>(T-T<,L>)N/m,σ<,Co-25％Si>=1.604-4×10<'-4>(T-T<,L>)N/m.結(jié)合前人對(duì)Co和Si的表面張力研究,對(duì)Co-Si合金系的表面張力與溫度及成份的關(guān)系進(jìn)行了預(yù)測(cè),并進(jìn)一步對(duì)深過(guò)冷液態(tài)Ni-5％Si和Co-25％Si合金的粘度、溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)、密度進(jìn)行了理論計(jì)算,獲得了它們的粘流活化能和擴(kuò)散激活能.采用懸浮量熱計(jì)實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)Ni-5％Si深過(guò)冷

3、液態(tài)合金的比熱進(jìn)行了定量測(cè)定,實(shí)驗(yàn)中獲得最大過(guò)冷度是218K,發(fā)現(xiàn)比熱在實(shí)驗(yàn)達(dá)到的過(guò)冷度范圍內(nèi)為定值39.54±1.87J/mol/K.對(duì)該合金過(guò)剩比熱的計(jì)算表明,理論預(yù)測(cè)值不能和實(shí)驗(yàn)值很好地吻合.在測(cè)定比熱和表面張力的基礎(chǔ)上,對(duì)Ni-5％Si合金的熱擴(kuò)散系數(shù)、熱導(dǎo)率與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行了理論預(yù)測(cè).利用落管無(wú)容器處理技術(shù)成功地制備了Ni-40％Pb、Ni-50％Pb和Ni-58％Pb三種成份過(guò)偏晶合金的殼核凝固組織.在Ni-40％Pb和

4、Ni-50％Pb合金中,富Pb相總是占據(jù)核心位置,而Ni-58％Pb合金中富Pb相和富Ni相都可以成為核心,發(fā)現(xiàn)由富Pb相中析出的Ni以枝晶方式生長(zhǎng).對(duì)三種成份的合金的第二相形核率計(jì)算表明,位于液相不混溶區(qū)的最高點(diǎn)成份的Ni-58％Pb合金幾乎不需要過(guò)冷度就能形核,另外兩個(gè)成份的合金也僅僅需要很小的過(guò)冷度就能發(fā)生均質(zhì)形核.對(duì)三種成份合金的液液界面能與過(guò)冷度的關(guān)系所作計(jì)算表明,當(dāng)Pb的含量小于58％時(shí),Pb的含量越大,界面能則越小.對(duì)液滴

5、在下落過(guò)程中熔體內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算表明,隨著距中心距離的增大,溫度梯度也在增大.對(duì)于不同直徑的第二相小液滴,其直徑越大,則Marangoni遷移速度也越大,在Marangoni遷移的作用下,該合金有足夠的時(shí)間進(jìn)行相分離.分析表明,當(dāng)液核非常小時(shí)主要是在Brown運(yùn)動(dòng)的作用下作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)并相互碰撞凝并,迅速地長(zhǎng)大;當(dāng)液核的尺寸超過(guò)1×10<'-8>m時(shí),在Marangoni對(duì)流作用下,并受到宏觀離心力的的影響,第二相液滴開(kāi)始朝著一定的方