靜磁場對純物質過冷熔體中枝晶生長動力學的影響.pdf

1、枝晶生長是凝固過程中常見的晶體生長方式之一，其過程影響著材料的微觀組織和力學性能，所以研究其生長動力學有著重要的理論意義和應用價值。凝固過程中，熔體內不可避免地存在著對流作用，經典的LKT/BCT模型已經不能很好地描述枝晶生長過程。靜磁場可以有效地抑制熔體流動，從而可以通過改變磁場強度來實現不同的對流環(huán)境。因此，有必要對不同靜磁場下純物質過冷熔體中的枝晶生長速率規(guī)律進行研究，為枝晶生長理論模型的修正提供可靠的實驗數據。
　　本文采

2、用熔融玻璃凈化和循環(huán)過熱相結合的方法實現了靜磁場中純Ni和Ni3Sn2熔體的深過冷實驗。同時，使用高速攝影機和單色紅外測溫儀對樣品進行原位觀測，并通過計算機記錄樣品表面形貌特征和溫度;結合三維動畫模擬軟件復原熔體的再輝過程，計算出其枝晶生長速率。在此基礎上，對兩種純物質熔體的冷卻曲線和再輝前沿宏觀特征進行了分析，并結合LKT/BCT模型對不同靜磁場抑制對流的效果及對其枝晶生長理論的影響進行了研究。獲得主要結論如下:
　　1.靜磁場

3、對純物質的冷卻曲線和再輝前沿宏觀特征沒有明顯影響。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)的轉變，其臨界過冷度范圍△T*1為171K～192K。Ni3Sn2化合物的再輝圖像中未觀測到此轉變。
　　2.隨過冷度增大，純Ni的枝晶生長速率先按冪函數增長，然后線性增長，其臨界過冷度△T*2≈192K; Ni3Sn2化合物的枝晶生長速率均按冪函數增長，沒有出現突變，即無“無序截留”。
　　3.大過冷區(qū)域，靜磁場

4、對純Ni的枝晶生長速率沒有明顯影響;對Ni3Sn2化合物的枝晶生長速率有較小的影響。中低過冷區(qū)域，隨磁場強度增大，兩種純物質的枝晶生長速率都先逐漸減小，3T時達到最小，然后開始逐漸回升。相對而言，靜磁場對Ni3Sn2化合物的枝晶生長速率影響更大。
　　4.利用LKT/BCT模型對實驗數據的分析表明，隨磁場強度增大，純Ni和Ni3Sn2的熱擴散系數DT均先增大后減小，與生長速率變化規(guī)律一致，界面動力學系數μ幾乎沒有變化。