深過冷合金熔體的熱物理性質(zhì)及殼核凝固組織研究.pdf

1、該文定量地測定了深過冷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制.主要取得以下幾方面的研究結果:利用電磁懸浮技術結合液滴振蕩法定量測定了深過冷液態(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>)的最大過冷度.發(fā)現(xiàn)這兩個合金的表面張力與溫度呈線性函數(shù)關系,在熔點處沒有突變發(fā)生,在實驗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.結合前人對Co和Si的表面張力研究,對Co-Si合金系的表面張力與溫度及成份的關系進行了預測,并進一步對深過冷液態(tài)Ni-5％Si和Co-25％Si合金的粘度、溶質(zhì)擴散系數(shù)、密度進行了理論計算,獲得了它們的粘流活化能和擴散激活能.采用懸浮量熱計實驗方法,對Ni-5％Si深過冷

3、液態(tài)合金的比熱進行了定量測定,實驗中獲得最大過冷度是218K,發(fā)現(xiàn)比熱在實驗達到的過冷度范圍內(nèi)為定值39.54±1.87J/mol/K.對該合金過剩比熱的計算表明,理論預測值不能和實驗值很好地吻合.在測定比熱和表面張力的基礎上,對Ni-5％Si合金的熱擴散系數(shù)、熱導率與溫度之間的關系進行了理論預測.利用落管無容器處理技術成功地制備了Ni-40％Pb、Ni-50％Pb和Ni-58％Pb三種成份過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.對三種成份的合金的第二相形核率計算表明,位于液相不混溶區(qū)的最高點成份的Ni-58％Pb合金幾乎不需要過冷度就能形核,另外兩個成份的合金也僅僅需要很小的過冷度就能發(fā)生均質(zhì)形核.對三種成份合金的液液界面能與過冷度的關系所作計算表明,當Pb的含量小于58％時,Pb的含量越大,界面能則越小.對液滴

5、在下落過程中熔體內(nèi)部的溫度場進行計算表明,隨著距中心距離的增大,溫度梯度也在增大.對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,該合金有足夠的時間進行相分離.分析表明,當液核非常小時主要是在Brown運動的作用下作無規(guī)則運動并相互碰撞凝并,迅速地長大;當液核的尺寸超過1×10<'-8>m時,在Marangoni對流作用下,并受到宏觀離心力的的影響,第二相液滴開始朝著一定的方