靜磁場(chǎng)對(duì)純物質(zhì)過(guò)冷熔體中枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響.pdf

1、枝晶生長(zhǎng)是凝固過(guò)程中常見(jiàn)的晶體生長(zhǎng)方式之一，其過(guò)程影響著材料的微觀組織和力學(xué)性能，所以研究其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。凝固過(guò)程中，熔體內(nèi)不可避免地存在著對(duì)流作用，經(jīng)典的LKT/BCT模型已經(jīng)不能很好地描述枝晶生長(zhǎng)過(guò)程。靜磁場(chǎng)可以有效地抑制熔體流動(dòng)，從而可以通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的對(duì)流環(huán)境。因此，有必要對(duì)不同靜磁場(chǎng)下純物質(zhì)過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)速率規(guī)律進(jìn)行研究，為枝晶生長(zhǎng)理論模型的修正提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　本文采

2、用熔融玻璃凈化和循環(huán)過(guò)熱相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了靜磁場(chǎng)中純Ni和Ni3Sn2熔體的深過(guò)冷實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，使用高速攝影機(jī)和單色紅外測(cè)溫儀對(duì)樣品進(jìn)行原位觀測(cè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄樣品表面形貌特征和溫度;結(jié)合三維動(dòng)畫模擬軟件復(fù)原熔體的再輝過(guò)程，計(jì)算出其枝晶生長(zhǎng)速率。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩種純物質(zhì)熔體的冷卻曲線和再輝前沿宏觀特征進(jìn)行了分析，并結(jié)合LKT/BCT模型對(duì)不同靜磁場(chǎng)抑制對(duì)流的效果及對(duì)其枝晶生長(zhǎng)理論的影響進(jìn)行了研究。獲得主要結(jié)論如下:
　　1.靜磁場(chǎng)

3、對(duì)純物質(zhì)的冷卻曲線和再輝前沿宏觀特征沒(méi)有明顯影響。純Ni的再輝前沿宏觀上發(fā)生了由鋸齒狀不規(guī)則形態(tài)向光滑狀規(guī)則形態(tài)的轉(zhuǎn)變，其臨界過(guò)冷度范圍△T*1為171K～192K。Ni3Sn2化合物的再輝圖像中未觀測(cè)到此轉(zhuǎn)變。
　　2.隨過(guò)冷度增大，純Ni的枝晶生長(zhǎng)速率先按冪函數(shù)增長(zhǎng)，然后線性增長(zhǎng)，其臨界過(guò)冷度△T*2≈192K; Ni3Sn2化合物的枝晶生長(zhǎng)速率均按冪函數(shù)增長(zhǎng)，沒(méi)有出現(xiàn)突變，即無(wú)“無(wú)序截留”。
　　3.大過(guò)冷區(qū)域，靜磁場(chǎng)

4、對(duì)純Ni的枝晶生長(zhǎng)速率沒(méi)有明顯影響;對(duì)Ni3Sn2化合物的枝晶生長(zhǎng)速率有較小的影響。中低過(guò)冷區(qū)域，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，兩種純物質(zhì)的枝晶生長(zhǎng)速率都先逐漸減小，3T時(shí)達(dá)到最小，然后開(kāi)始逐漸回升。相對(duì)而言，靜磁場(chǎng)對(duì)Ni3Sn2化合物的枝晶生長(zhǎng)速率影響更大。
　　4.利用LKT/BCT模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，純Ni和Ni3Sn2的熱擴(kuò)散系數(shù)DT均先增大后減小，與生長(zhǎng)速率變化規(guī)律一致，界面動(dòng)力學(xué)系數(shù)μ幾乎沒(méi)有變化。