自由落体条件下的快速偏晶凝固

采用落管方法实现了Ni-31.4%Pb偏晶合金在微重力和无容器条件下的深过冷和快速凝固. 理论计算表明液滴下落过程中获得的过冷度与其直径呈指数函数关系, 实验中获得了241 K(0.15 T_m)的最大过冷度. 发现随过冷度的增大, 偏晶胞组织在整个试样中的体积分数增大, 且L₂(Pb)相显著细化. 对L₂(Pb)相和α-Ni相的形核率进行了理论计算, 结果表明偏晶转变过程中L₂(Pb)相总是领先形核相.     

深过冷Ni-Mo合金中Ni枝晶的快速生长

采用落管技术实现了Ni-39.3%Mo和Ni-45%Mo亚共晶合金与Ni-47.7%Mo共晶合金在不同过冷条件下的无容器快速凝固. Ni-39.3%Mo合金在深过冷条件下形成了初生Ni枝晶和共晶组织. 随着过冷度的增加, Ni枝晶发生组织细化, 枝晶间的间距L_g显著减小. Ni-45%Mo亚共晶合金中的初生Ni枝晶, 随着过冷度的增大由粗大的枝晶向等轴晶转变. 当过冷度小于43 K时, 液滴中形成许多碎断的Ni枝晶. 当过冷度在43~113 K之间时, 凝固时间小于枝晶熔断时间, Ni枝晶不再发生熔断, 形成呈辐射状的粗大枝晶. 当过冷度大于113 K时, 液滴中形成等轴晶, Ni固溶体与NiMo金属间化合物两相分离生长. Ni-47.7%Mo共晶合金凝固组织随着过冷度的增加由层片共晶组织向不规则共晶组织转变. 理论分析表明, 深过冷Ni-39.3%Mo, Ni-45%Mo和Ni-47.7%Mo熔体中, Ni枝晶的生长随着过冷度的变化发生了溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变, 发生转变所需的过冷度ΔT_ct分别为66.6, 81.9和85.0 K. 随着合金中Ni含量的增高, Ni枝晶的生长发生动力学转变所需的温度T_ct逐渐降低.     

声悬浮液滴扇谐振荡的数字图像分析与表面张力测定

通过对悬浮声压进行调制,可以激发声悬浮液滴的非轴对称大幅振荡.由于自由液滴的振荡具有高速变化和不可接触的特点,传统的测量方法难以对其进行定量测定.采用高速摄像记录液滴的振荡过程,通过数字图像分析确定了其振荡模态为扇谐振荡,测定了其振荡频率、旋转速率和衰减系数.结果表明,液滴的振荡频率随赤道半径的增大而减小,可通过修正的Rayleigh方程来描述.在液滴振荡过程中,其旋转速率小于1.5r/s.在关闭对悬浮声压的调制后,液滴的振幅发生指数衰减,其衰减系数与Lamb的计算结果基本一致.以乙醇溶液为例,利用声悬浮液滴的扇谐振荡频率,对液滴表面张力进行非接触式测定,结果证实了这一方法的可行性.     

自由落体条件下三元Al-Cu-Ag合金的快速凝固

三元Al-30％Cu-18％Ag合金在自由落体条件下发生快速凝固,形成由θ（Al2Cu）,α（Al）和善（Ag2Al）三相组成的凝固组织．测定其固相面与液相面温度分别为778和827K,实验获得过冷度最大达△TMax=171K（0．20TL）．在对过冷行为和形核能力计算的基础上,分析了该合金快速凝固组织的演变规律．发现过冷度随合金液滴直径减小而呈指数形式增加,在整个过冷范围内,θ（Al2Cu）相的形核率最大,ξ（Ag2Al）相的形核率最小．当△T〈78K时,初生的θ（Al2Cu）相生成粗大枝晶;当78≤△T≤171K时,θ（Al2Cu）相晶粒细化,与α（Al）两相交替生长;当△T≥171K时,形成了以（θ＋α＋ξ）三元不规则共晶团为主要特征的凝固组织．     

声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si合金的快速凝固

在声悬浮和强激光加热相结合的条件下,实现了三元Al-27%Cu-5.3%Si合金的无容器快速凝固,最大过冷度达到195K(0.24TL),冷却速率为76K/s.金相分析表明,凝固组织由(Al+θ+Si)三元共晶和(Al+θ)二相共晶组成.在声悬浮条件下,(Al+θ+Si)三元共晶显著细化,(Al+θ)二相共晶的组织形态丰富.在试样表层区域,表面振荡促进3个共晶相的大量形核,声流有效提高了凝固过程的冷却速率,三元共晶的晶粒尺寸显著减小.随着合金试样温度的升高,悬浮间距和谐振间距均不断增大,且悬浮间距总是大于谐振间距.在声辐射压的作用下,试样变形为中心内凹的饼状,变形程度随声压的提高而不断增大,最大半径比为6.64,对应最大悬浮声压为1.8×104Pa.     

液态Cu-Ni合金的超过冷与热力学性质

采用熔融玻璃净化法得到质量分数为 Cu- 2 5 % Ni,Cu- 33% Ni,Cu- 5 0 % Ni,Cu- 75 % Ni等 4种铜镍系合金的过冷度与凝固平台的关系。通过传热学分析指出凝固平台时间长度与过冷度成线性关系。在此基础上得到了这 4种成分合金的超过冷临界温度及其熔点以下液态的平均比热容。实验中 4种合金的过冷度分别达到 :381K,380 K,349K和431K。     

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.     

落管中Ag60Sb34Cu6三元合金的快速凝固机制

采用落管无容器处理技术实现了直径为60~800 mm的Ag₆₀Sb₃₄Cu₆三元合金液滴的快速凝固, 对其凝固机理进行了理论探索. 随着液滴尺寸的减小, 冷却速率从57 K/s增大至5.8×10⁴ K/s, 最大过冷度达180 K(0.23T_L), 初生ε(Ag₃Sb)枝晶发生了显著细化, 直至形成均匀的等轴晶. 实验结果表明, 深过冷条件使得(ε+ Ag)二相共晶在小液滴中难以生成, 同时初生e相中Ag的固溶度随液滴过冷度的增大显著增大. 根据差热分析与晶体生长形态, 提出了合金液滴在不同过冷度下的两种凝固方式.     

液态Ni70.2Si29.8合金的表面张力和比热研究

采用悬浮液滴振荡法和落滴式量热计研究了深过冷液态Ni_70.2Si_29.8共晶合金的表面张力和比热. 实验发现, 在182 K (0.12 T_E)过冷度范围内, 表面张力与温度之间存在线性函数关系, 共晶温度1488 K处的表面张力是1.693 N·m^−1, 温度系数为−4.23×10^−4 N·m^−1·K^−1. 在实验获得的253 K (0.17T_E)最大过冷度范围内, 液态Ni_70.2Si_29.8合金的比热与温度之间呈现多项式函数关系. 对液态Ni_70.2Si_29.8合金的密度、过剩体积和声速与温度的函数关系进行了理论预测.     

落管中Co-Sn共晶合金的快速凝固

采用落管无容器处理技术实现了Co-34.2%Sn共晶合金在微重力条件下的快速凝固,获得了直径为100～900μm液滴的凝固组织.研究发现,随着过冷度的增大,共晶生长由层片共晶向不规则共晶转变.实验中获得了0～309 K的过冷度,最大过冷度达到0.22 TE.理论分析与实验结果表明,γCO3Sn金属间化合物是领先形核相;过冷度大于213 K时,金属间化合物γCo3Sn将取代层片共晶成为领先生长相;Co-Sn合金的共晶共生区偏向于富Co方,其成分范围为19.0%～39.6%Sn.实验达到的过冷度范围内,αCo固溶体和γCo3Sn金属间化合物均以溶质扩散控制方式生长.