銅、鎳及其合金深過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)速率測(cè)定.pdf

1、深過(guò)冷技術(shù)是實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬快速凝固的技術(shù)途徑之一。由于深過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)不受外部散熱條件控制,因此可以實(shí)現(xiàn)大體積亞穩(wěn)態(tài)材料的制備。同時(shí),快速凝固過(guò)程的一些動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用和理論研究都具有重要的意義。
　　 本文采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)了純金屬Ni、Cu及其合金的深過(guò)冷,并使用高速攝影技術(shù)測(cè)定了純金屬及其合金中的枝晶生長(zhǎng)速率,樣品溫度采用單色紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)并記錄。對(duì)純金屬及其合金不同過(guò)冷度

2、下再輝前沿的幾何特征和凝固后的金相組織進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察和分析。采用X射線衍射儀分析了樣品的晶格常數(shù)隨過(guò)冷度的變化規(guī)律。取得的主要結(jié)論如下:
　　 采用熔融玻璃凈化法實(shí)現(xiàn)了純金屬Ni、Cu及其合金Cu75Ni25、Cu50Ni50的深過(guò)冷,實(shí)驗(yàn)獲得的最大過(guò)冷度分別為339 K(0.2TL)、230K(0.17TL)、299K(0.2TL)和336 K(0.21TL)。
　　 對(duì)純金屬Ni、Cu及其合金Cu75Ni25、Cu

3、50Ni50深過(guò)冷熔體中枝晶生長(zhǎng)速率的測(cè)定結(jié)果表明,其均隨過(guò)冷度的增加而增大,且枝晶生長(zhǎng)速率隨過(guò)冷度的變化規(guī)律可用冪函數(shù)關(guān)系近似,即V=9.24.×10-4×△T2(m/s)、V=3.33×10-5×△T2.4(m/s)、V=7.99×10-6×△T2.7(m/s)和V=4.47×10-6×△T2.9(m/s)。其中,合金的冪指數(shù)明顯大于純金屬。與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,本文獲得的純金屬Ni及Cu75Ni25合金和Cu50Ni50合金的最

4、大過(guò)冷度和枝晶生長(zhǎng)速率均有所增加。這對(duì)于人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)深過(guò)冷快速凝固條件下的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)具有參考價(jià)值。
　　 研究表明,Ni、Cu、Cu75Ni25和Cu50Ni50凝固過(guò)程中再輝平臺(tái)寬度隨過(guò)冷度的增加而線性減小:t=9.7-0.024△T(s)、t=13-0.032△T(s)、t=6.9-0.013△Y(s)和t=8.1-0.021△T(s)。
　　 觀察表明,Ni、Cu75Ni25和Cu50Ni50再輝過(guò)程中宏觀的

5、固/液界面發(fā)生了由鋸齒狀的不規(guī)則形態(tài)向光滑狀規(guī)則形態(tài)的轉(zhuǎn)變,對(duì)應(yīng)的臨界過(guò)冷度區(qū)間分別為171K～194K、235K～270K和173K～205K。
　　 組織分析表明,在實(shí)驗(yàn)獲得的過(guò)冷度范圍內(nèi),純Ni樣品由細(xì)小的等軸晶組成,而純Cu中的晶粒則比較粗大。另一方面,Cu50Ni50與Cu75Ni25合金樣品的凝固組織形貌隨過(guò)冷度的增大均發(fā)生兩次轉(zhuǎn)變,依次呈現(xiàn)出等軸晶、粗大形樹(shù)枝晶和等軸晶的微觀組織形態(tài)。
　　 分析表明,Cu