快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型

一、引言 依据化学反应速率理论和细仔平衡原理,Aziz建立了在远离平衡的快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.该结果被一些新近出版的有关快速凝固的专著和文献广为引用.但是H.哈肯的研究指出,在远离平衡的条件下细仔平衡条件不再满足.本文根据文献[4]的结果推广了Aziz模型,建立了快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.     

Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金无容器凝固组织中的分形结构

合金凝固组织形态及其演化一直是现代凝固组织的核心问题。近年来,分形几何的发展和应用为合金凝固组织的研究提供了一种新方法,并取得了一定进展。本文研究的Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金在无容器凝固环境下的凝固过程为一非平衡凝固过程,其凝固组织中初生相具有不规则的几何形貌,用分形分析的方法来定量地描述其形貌及演变过程尚未见报道。     

落管中Cu-Sb合金的深过冷与快速枝晶生长

采用落管方法实现了Cu-20%Sb亚共晶合金在无容器条件下的快速凝固。随着液滴直径的减小，过冷度逐渐增大，初生Cu枝晶发生组织细化。实验中获得了207K的过冷度，最大过冷度达到0．17TL.理论分析表明，由于这合金具有较宽的凝固温度间隔，初生Cu枝晶的快速生长始终受溶质 扩散控制，根据对Cu-Sb合金相图中T0线的计算，揭示出发生偏析凝固的临界过冷度为△T0=474K。在最大过冷度207K时，初生Cu相的生长速度达到37mm/s，发生了显著的溶质截留效应.     

Pd40Ni40P20合金在助熔剂包裹下的凝固行为

Kui和我们曾先后报道了采用助熔剂法将Pd_(40)Ni_(40)P_(20)合金包裹能使该合金获得较大的过冷,并在较低的冷却速率下获得了较大尺寸的金属玻璃球。但是,由于用热电偶直接探测合金凝固过程中的相变温度较难(直接插入熔体中会导致非自发形核,放在石英玻璃外部又难以测到热信号),因此,缺乏对合金在热循环处理过程中其相转变温度的变化与凝固组织的对应关系的深入研究,尤其是助熔剂如何捕捉合金表面及熔体内部杂质和加热-冷却的热循环如何钝化杂质的机制尚未见报道。本文设计了一种十分有效的热电偶测温技术,测出了在B_2O_3包裹状态下合金凝固过程中的差热分析曲线,并较详细地研究了Pd_(40)Ni_(40)P_(20)合金的凝固行为,讨论了B_2O_3抑制杂质形核的物理机制。     

合金固液共存结构粘弹塑性流变特性研究

合金高温下固液共存结构是凝固过程的重要状态;对该过程及其结构深入认识所存在的固有复杂性及高度跨学科性已构成长期以来凝固理论发展的瓶颈问题.其中,合金固液共存状态力学特性的研究尤为薄弱.60年代,美国麻省理工学院的Flemings开展对合金半固态剪切的研究,从中获得了对合金在凝固两相区流变性的初步认识,70年代末,俄罗斯学者Balandin提出了合金的五元件流变模型及凝固热裂的弹性理论.早期的五元件流变模型沿     

高频声场作用下Pb-Sb过共晶合金凝固过程研究

研究了15 kHz高频声场作用下Pb-16%Sb过共晶合金的凝固过程, 发现高频声场促进晶体形核从而减小了合金熔体的过冷度. 理论分析表明, 超声空化效应和熔体受迫振动是降低合金过冷能力的主要因素. 对比不同声强下的凝固组织发现, 随着声强的升高, 初生(Sb)相的宏观偏析逐渐被抑制, 并且其生长方式从小平面相生长转变为类似粗糙界面的分枝生长, 同时Pb-Sb二元共晶组织明显粗化, 当声强超过1.6 W/cm²时, 共晶生长形态由层片共晶转变为不规则共晶. 高频声场还改变了凝固界面前沿的溶质分布规律, 使得初生(Sb)相中的Pb含量随声强的升高而逐渐减小.     

Pd77.5Au6Si16.5合金中亚稳相的分解及非晶硅的形成

目前,在金属材料的空间试验中往往采用将样品真空封装在一个坩埚内加热熔化的方法研究其凝固特性.但是,在这种方法的应用过程中,很少考虑到在这种封闭系统内合金被加热后密封坩锅内气压的变化,对某些合金的熔化及凝固行为会产生不可忽视的重要影响,Pd_n(?)Au_δSi_(16?)合金就属于这类合金的一种,本文报道了该种合金在封装的石英玻璃管内加热及冷却过程中所产生的异常的分解现象.     

快速凝固Ni-47Al合金调幅组织的TEM研究

B2结构的NiAl具有高熔点、低密度和优异的耐蚀性能,因而有希望成为一类新型的高温结构材料。但低的室温塑性是这类材料走向实用化的主要障碍。采用快速凝固的方法细化晶粒是已知能有效地改善其室温塑性的方法之一。Gaydosh等研究了熔体旋转快速凝固NiAl薄带,性能测试表明NiAl快速凝固后的弯曲断裂应变从铸态的0增加到0.9％～1.3％,进一步在1273K退火1h后应变提高到2.25％,热处理能够明显地提高塑性表明存在其它因素影响快速凝固NiAl合金的塑性,但这一问题却一直未能澄清。近年来,随着长程有序金属间化合物研究的深入,一些研究者相继在快速凝固的强有序化相Ni_3Al,Ti_3Al,FeAl等铝系金属间化合物中发现存在亚稳组织,同样作为强有序化相的NiAl,由于其有序转变的临界温度与液固温度基本重合,因而尚未见在单相成分范围内存在亚稳组织的报道。最近,我们发现接近化学计量的快速凝固NiAl合金中存在亚稳的调幅组织,而这一现象尚未见前人报道。另外,亚稳的调幅组织的发现也使热处理提高快速凝固NiAl合金塑性的现象得到了合理的解释。     

重力对ZrTiCuNiBe大块非晶形成合金定向凝固组织的影响

以ＺｒＴｉＣｕＮｉＢｅ大块非晶形成合金为研究对象，利用定向凝固装置，进行了不同重力场方向下合金的定向凝固实验，利用Ｘ射线衍射仪分析了初生相组成，并通过金相显微镜观察了凝固组织形貌。研究发现，当凝固方向与重力场取向相同时，凝固组织主要为大量共晶相＋少量针状初生相，当凝固方向与重力场取向相反时，针状初生相多而粗大。     

运动晶界附近硼偏聚行为的研究

微量杂质原子能够显著地降低再结晶过程中晶界的运动速度.Kasen用电阻法研究铝合金退火再结晶与晶粒长大过程,认为运动晶界能大量捕获溶质原子.本文利用硼径迹显微照相技术研究了含硼Fe-30%Ni合金高温热变形再结晶过程中硼在晶界上的偏聚行为,该合金在淬火至室温的过程中不发生γ-α相变,从而可以排除相变对组织和溶质原子分布的影响.1 实验材料与实验方法     

O_2-水溶液的分子动力学模拟

小的非极性分子在水溶液中的行为对非极性分子水溶液化学性质的研究十分重要,它们在涉及到蛋白质,胶束,及膜等复杂体系的疏水效应的研究中可作为简单而又方便的模型.N_2水溶液的Monte Carlo模拟和He,Ne,Xe等水溶液的分子动力学(MD)模拟研究都表明,小的非极性溶质对液态水有结构促进(Structure promoting)作用.另一方面,对柔性的水分子进行的液态水分子动力学模拟表明,周围环境对水分子本身结构有很大影响,这种影响反映了环境的作用.对非极性小分子水溶液的进一步研究应该在考虑溶质对液态结     

旋转磁场强度和频率对Pb-Sn合金凝固组织的影响

研究了Pb-45%Sn亚共晶和Pb-85%Sn过共晶合金在旋转磁场作用下的凝固组织, 发现旋转磁场使得初生相的生长形貌由原来的枝晶形态变为椭球状, 具有碎断和细化作用. 碎断和细化的程度随磁场强度的增大而加强, 但是, 当磁场强度高达一定值时, 初生相的晶粒尺寸反而变大, 磁场强度在碎断和细化凝固组织时存在最佳值. 此外, 旋转频率的高低影响磁场在熔体中的作用距离, 进一步影响熔体温度场和溶质场的均匀化. 合适的旋转频率和磁场强度是凝固组织细化和均匀化的关键因素. 磁场的引入, 影响了液固体系的热力学函数, 导致临界晶胚的吉布斯自由能和原子的扩散激活能的降低, 提高了形核率.     

Cu-Ni单相合金的深过冷定向凝固过程研究

利用过冷度的遗传性 ,提出将合金熔体深过冷与传统定向凝固相结合的深过冷定向凝固 (SDS)技术 ,并在自制的实验装置上 ,对SDS技术进行了探索性研究 ,实现了Cu Ni合金的深过冷定向凝固 .结果表明 :( 1 )SDS技术获得的定向生长组织与LMC (GL=2 5K/mm ,V =5 0 0μm/s)法相当 ,且一次枝晶间距约为 30 μm ,二次分枝被抑制 ,一次枝晶主干挺直、细密 ,与试样轴向偏差约为 5 .8°;( 2 )建立了描述SDS过程过冷度与凝固速率之间的数学模型 ,即T T模型 ,利用此模型可以解释SDS试样上微观组织的演化情况     

铁-钒系合金软化及相关现象的研究

自1940年发现合金软化现象后,人们在这方面已进行了许多研究。然而关于合金软化机理,还有分歧。例如,对铁-镍、铁-钛合金现多用内禀理论来解释,研究也较多;对铁-钒合金现仍沿用外禀理论来解释,研究较少。内禀理论认为,溶质原子与体心立方结构中位错的     

快速凝固Co-Sn合金的组织形态与电学特性

采用单辊实验技术研究了 Co-Sn 二元合金的急冷快速凝固行为, 并通过将金属熔体热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论计算了液态合金的冷却速率. 实验发现, Co-20%Sn亚共晶合金的初生αCo 相的生长形态对冷速变化十分敏感, 低冷速下在合金条带中部会形成一定厚度的柱状αCo 枝晶区. 随着冷速的增大, 柱状晶区减小并逐渐趋于消失, 凝固组织以均匀细小的αCo等轴晶和分布于其间的γCo₃Sn 相为特征. Co-34.2%Sn共晶合金形成了全部的不规则共晶组织. 随着冷速的增大, 一方面两种合金组织明显细化, 均匀性显著提高; 另一方面晶体缺陷数量增多, 对自由电子的散射作用增强, 从而导致电阻率的显著增大. 晶界散射系数r→1, 可使用M-S模型对快速凝固Co-Sn合金的电导特性进行理论计算.     

重力对ZrTiCuNiBe合金非晶形成能力的影响

利用Bridgman定向凝固装置，在不同提拉速度下，研究了重力对Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶形成合金的凝固及非晶形成能力的影响，通过改变重力场与凝固方向（固液界面移动方向）的相对关系，发现重力对合金的晶化相组分、过冷度和非晶形成能力有很大影响，从重力诱发对流角度讨论了这一差异，该研究有助于认识大块非晶的形成机理。     

纳米Ag-Cu合金的Ag和Cu析出与晶粒长大行为研究

纳米晶材料(nc-)首先由Gleiter和他的合作者提出,并用惰性气体淀积法(IGC)所获得.这些纳米颗粒在真空下原位加压成型.纳米晶材料的平均直径一般采用X-射线衍射法测定.引起X射线衍射峰展宽有两个因素:小的颗粒直径和晶体缺陷造成的内应力.在惰性气体淀积法(IGC)过程中,由于金属蒸气迅速冷却凝聚,可能形成过饱和固溶体而处于非平衡状态;另一方面金属合金蒸气中的溶质原子浓度的涨落会改变溶质在纳米颗粒中的浓度,这都可能使X射线衍射峰展宽.因此除用X射线衍射法外,结合其他方法是必要的.AgCu合金是研究这一效应的最佳材料.Kumpmann用示差热分析(DSC)来研究nc-AgCu合金,观察到大的放热反应,这与过饱和α-Ag和α-Cu的析出有关.     

四元Ni基合金中的快速枝晶生长

采用熔融玻璃净化法与电磁悬浮无容器处理技术实现了Ni-10%Cu-10%Fe-10%Co四元合金的深过冷与快速凝固, 实验获得样品最大过冷度为276 K(0.16T_L). 差示扫描量热(DSC)分析与X射线衍射(XRD)分析表明, 所有凝固样品的组织均为α-Ni单相固溶体. 随着过冷度的增大, 合金显微组织由枝晶转变为等轴晶, 并显著细化. 深过冷条件下溶质截留效应增强, 微观偏析程度减小. 对不同过冷度下的枝晶生长速度进行了实验测定, 结果表明V和ΔT 之间存在指数函数关系: V=8×10^−2ΔT^1.2. Cu, Fe, Co三种溶质元素的引入显著提高了合金枝晶生长速度.     

空间真空条件对熔体形核的作用机理

大量的空间凝固实验表明,空间条件往往抑制了凝固初期的形核,从而得到较为粗大的结晶组织。关于空间条件抑制形核的机理目前有两种解释:(1)空间的微重力条件使熔体宏观热溶质重力对流消失,从而抑制了由对流造成的晶核增殖效果;(2)空间实验中,由     

混合有机污染物在有机相/水相之间的分配规律

从平衡分配模型（equilibrium partition models）出发，推导出混合有机物在有机相／水相分配系数的理论计算模型和测试公式，测定了20组混合餐代苯的分配系数，研究结果表明，混合结果表明，混合非离子有机污染物在有机相／水相之间的分配系数，随着体系中单一化合物的疏水性的增大而增强，也随着相对疏水性强的有机物所占比例的增大击增强，混合有机污染物在有机相／水相之间分配规律的研究，对于混合物的联合毒性的研究以及真实环境中有机污染物迁移和富集等环境行为的研究具有一定的意义。