急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究

研究了Cu-Pb偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成规律，并通过将金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论分析了合金熔体的冷却速率、液固相变时间等物理参量与液相分离之间的相关性. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，熔体的快速冷却对偏晶合金组织形成的影响要比熔体内部液相流动的影响更为显著. 快速凝固使液相分离受到抑制，Cu-Pb偏晶合金均可获得均匀的微观组织结构. 随着冷速的增大，晶粒尺寸明显减小，凝固组织显著细化，晶体形态由粗大枝晶向均匀细小的等轴晶过渡. 提高冷却速率，缩短液固相变时间是重力场中抑制液相分离、获得均匀偏晶组织结构的重要条件. 关键词： 偏晶合金 快速凝固 液相分离 微观结构     

偏晶合金液-液相分离的格子玻尔兹曼方法模拟

本文建立了一个模拟在弥散相液滴的扩散长大、碰撞凝并和Ostwald熟化等因素的作用下偏晶合金液-液相分离过程的二维格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM) 模型.该模型结合了Shan-Chen的两相流模型和Qin的介观粒子相互作用势模型的优点,并在LB演化方程中引入了反映相变的源项.应用该模型模拟研究了偏晶合金液-液相分离过程中单液滴的生长、两液滴的合并和多液滴的生长规律.结果表明在两液相区中第二相单个液滴的生长是一个通过扩散从非平衡态到平衡态过渡的过程.两液滴合并 关键词： 偏晶合金 液-液相分离 格子玻尔兹曼方法     

偏晶溶液相分离过程的实时观测研究

为了揭示自由落体条件下偏晶合金壳核组织的形成机制，基于相似性原理设计了一种环形温度场，对丁二腈-52.6mol%H₂O偏晶溶液的相分离过程进行了实时观测. 发现在两个不混溶液相的分离过程中，富水相液滴经历了“析出→迁移→凝并→聚集"运动过程，最终形成以富水相为中心的两层壳核组织. 同时测定了液滴的运动速率，并对Marangoni迁移速率进行了理论计算，两者能够较好地符合. 由此证实了在偏晶溶液的相分离过程中，第二液相主要是在温度梯度的驱动下产生Marangoni迁移. 这一实验直观地再现了落管无容器处理过程中液滴内部的相分离过程. 关键词： 相分离 偏晶溶液 Marangoni迁移 微重力     

Fe_50Cu_50合金熔体相分离过程的分子动力学模拟

基于镶嵌原子势,采用分子动力学模拟的方法探讨了Fe50Cu50合金熔体在1823 K下液-液相分离过程.结果发现:熔体中同类原子配位数随弛豫时间的延长逐渐增大,而异类原子配位数逐渐减少;由BhatiaThornton结构因子SCC(q)获得的相关长度随时间的变化也呈现出明显的递增趋势,表明该合金熔体在该温度下发生了液—液相分离.原子轨迹的可视化显示结果发现,相分离的初期,体系呈明显的网络状组织,随时间的延长,异类原子逐渐分离,最终形成富Fe和富Cu的相分离组织,符合调幅分解特征.与Fe75Cu25合金熔体的相分离过程对比发现,Fe与Cu原子数目相差越小,相分离行为越剧烈,形成稳定分层结构所需的时间越短.以上研究从原子尺度上表征了金属熔体的相分离过程.     

三元Co-Cu-Pb偏晶合金的快速凝固组织形成规律研究

在自由落体条件下实现了三元Co-Cu-Pb合金的液相分离与快速凝固. 实验发现,随液滴直径减小,Co₅₁Cu₄₇Pb₂合金液滴发生由枝晶→两层壳核→枝晶组织的转变,Co₄₇Cu₄₄Pb₉合金液滴的组织形态由壳核组织演化为均匀组织. 两种合金的快速凝固组织均由α(Co),(Cu)和(Pb)固溶体三相组成,α(Co)和(Cu)相主要以枝晶方式生长,(Pb)相分布在(Cu)枝晶间. 关键词： 液相分离 偏晶合金 快速凝固 自由落体     

液态三元Ni-Cu-Fe合金比热的实验与计算研究

采用电磁悬浮落滴式量热方法测定了液态三元Ni₆₀Cu₂₀Fe₂₀合金在1436—2008K温度范围内的比热,实验获得的最大过冷度达232K(0.14T_L),结果表明比热值为33.27J·mol^-1·K^-1,并且随温度变化很小.在实验基础上,根据分子动力学方法结合嵌入原子势(EAM)和Quantum Sutton-Chen多体势(QSC)对比热进行了理论计算,揭示 关键词： 液态合金 比热 电磁悬浮 分子动力学计算     

非晶态Cu12.5Ni10Zr41Ti14Be22.5合金相分离的动力学标度

利用实时小角中子散射实验研究了非晶态Cu_12.5Ni₁₀Zr₄₁Ti₁₄Be_22.5合金相分离的动力学标度性质．通过对相分离过程中实时小角中子散射谱进行详细的标度分析，揭示出散射函数S（q，t）（q为散射波矢，t为时间）在相分离的早期即达到动力学标度态，从而证明动力学标度假设也适用于描述深过冷液态的相分离过程 关键词：     

磁场诱导Gd5Ge4体系的低温输运跳跃和相分离研究

报告了作者对Gd_5Ge_4合金样品进行了磁化和电输运测量的研究结果,实验表明,磁化强度随外磁场的增加而出现台阶式跳跃,磁转变的可逆性与温度存在有密切的关联.在由磁场导致的磁转变附近电阻率随着磁场的增加亦表现出台阶式磁电阻现象,并在不同温区表现出正负不同的磁电阻效应,4.2K时呈现正磁电阻效应,而在16和20K时呈现出负磁阻效应,即铁磁相的阻值小于反铁磁相的阻值.结果证明了在Gd_5Ge_4中存在的典型相分离特征,从而在磁场诱导下发生了反铁磁到铁磁的转变,并对这种奇异磁电阻效应的物理机制进行了讨论.     

Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构演化机理的模拟研究

采用分子动力学方法对Al₅₀Mg₅₀合金熔体的快速凝固过程进行了模拟,并采用双体分布函数、键型指数法和原子团类型指数法等方法,从微观结的不同层面对Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构的演化机理进行了深入的分析研究.结果表明：本模拟所获得的Faber-Ziman偏结构因子与实验结果符合较好.Al₅₀Mg₅₀合金熔体具有遗传性,在快速凝固过程形成了非晶态结构,其中二十面体短程序结构对非晶态结构的形成起决定性作用.基于原 关键词： Al-Mg合金熔体 快速凝固过程 分子动力学模拟 微观结构     

微重力条件下Ni-Cu合金的快速枝晶生长研究

采用落管方法实现了Ni-50%Cu过冷熔体在微重力和无容器条件下的快速枝晶生长.对微重力条件下的晶体形核和快速生长进行了研究，发现随着过冷度的增大，晶体生长形态由粗大枝晶向规划均匀的等轴晶转变.实验中最大冷却速率达到8×103K/s，获得了218K(014TL)的最大过冷度.理论分析表明，过冷熔体中优先发生异质形核，形核率可达1012m-3s-1以上；Ni-50%Cu过冷熔体中的枝晶生长随过冷度的增大发生由溶质扩散控制向热扩散控制的生长动力学机理转变.在68K过冷度条件下，生长界面前沿的偏析程序最大. 关键词： 落管 微重力 深过冷 枝晶 熔体     

Rapid solidification and dendrite growth of ternary Fe-Sn-Ge and Cu-Pb-Ge monotectic alloys

The phase separation and dendrite growth characteristics of ternary Fe-43.9%Sn- 10%Ge and Cu-35.5%Pb-5%Ge monotectic alloys were studied systematically by the glass fluxing method under substantial undercooling conditions. The maximum undercoolings obtained in this work are 245 and 257 K, respectively, for these two alloys. All of the solidified samples exhibit serious macrosegregation, indicating that the homogenous alloy melt is separated into two liquid phases prior to rapid solidification. The solidification structures consist of four phases including α-Fe, (Sn), FeSn and FeSn2 in Fe-43.9%Sn-10%Ge ternary alloy, whereas only (Cu) and (Pb) solid solution phases in Cu-35.5%Pb-5%Ge alloy under different undercoolings. In the process of rapid monotectic solidification, α-Fe and (Cu) phases grow in a dendritic mode, and the transition "dendrite→monotectic cell" happens when alloy undercoolings become sufficiently large. The dendrite growth velocities of α-Fe and (Cu) phases are found to increase with undercooling according to an exponential relation.     

快速凝固Fe62.1Sn27.9Si10合金的分层组织和偏晶胞形成机理

采用自由落体和单辊急冷技术研究了三元Fe_62.1Sn_27.9Si₁₀偏晶合金的相分离和组织形成规律,理论分析了两种快速凝固条件下合金的传热特性.自由落体条件下,由于Marangoni迁移和表面偏析势的作用,液滴凝固组织主要形成富Sn相包裹富Fe相的两层壳核结构.随着液滴直径减小,冷却速率和温度梯度增大,促进偏晶胞快速生长.在单辊急冷条件下,随着辊速的增大,冷却速率从1.1×10⁷增大至6.5×10⁷ K/s,合金熔体内部的液相流动和相分离受到抑制,凝固组织发生"九层结构→两层结构→无分层结构"的转变.同时,凝固过程中FeSn+L₂→FeSn₂包晶反应受到抑制,形成与自由落体条件下不同的相组成.EDS分析显示,αFe相在快速凝固过程中发生显著溶质截留效应. 关键词： Fe-Sn-Si偏晶合金 相分离 快速凝固 溶质截留     

高压作用下相分离液体玻璃转变的分子动力学研究

采用分子动力学模拟方法,研究了二元混合液体在不同外压作用下的相分离与玻璃转变过程,计算了相分离液体在玻璃转变过程中的结构和动力学特征.研究发现,外压会促进相分离的产生,并提高玻璃转变温度,会使β弛豫出现的温度更高、存在的时间更长,导致系统扩散性降低.同时还发现,相分离液体的玻璃转变过程存在微观不均匀现象. 关键词： 相分离 玻璃转变 分子动力学模拟 外压影响     

切向流动对偏晶合金定向生长机理的影响

研究了静态和切向流动作用下对二氯苯-丁二腈(DCB-SCN)偏晶合金的定向凝固过程.实验结果表明,静态条件下,DCB以小平面相方式生长,随着抽拉速度的提高,DCB-SCN偏晶凝固组织形貌发生液/固两相完全分离组织-规则纤维状共生组织-不规则弥散组织转变.施加切向流动作用后,DCB生长晶面出现胞状扰动,并且偏晶共生纤维间距随流速的增高而变大,但对于同一流速,仍然满足λV^0.5=常数.同时,切向流动能够细化弥散偏晶组织中第二相颗粒尺寸,这主要缘于流动引发的固液界面形态变化能     

Experimental and numerical investigation of flow separation in a supersonic nozzle

The flow in a two-dimensional symmetric convergent-divergent supersonic nozzle with and without a deflector at the exit plane was tested experimentally and numerically. Combined optoelectronic devices were used to demonstrate the possibilities of the shadow and schlieren methods and holographic interferometry for the flow visualization especially in the separation region. A series of experiments was performed in a trisonic wind tunnel (VTI, Beograd). The experimental results obtained using optical methods are compared with the pressure measurements and numerical calculations. Numerical results were obtained using a code for solving the average Navier-Stokes equations. Five structured meshes with different resolutions and two turbulent models were employed. The coupled influence of the mesh resolution and the order of accuracy of the used numerical scheme is analyzed.     

二元Lennard-Jones液体的相分离过程及其扩散性质的分子动力学研究

采用分子动力学(MD)模拟方法,研究了二元体系中相分离过程、粒子的扩散系数以及相分离域尺寸大小随温度的变化规律.发现,相分离域随温度的生长过程可以分为两个阶段,分别是温度比较高的快速生长阶段和低温时的稳定生长阶段;相分离体系中系统的扩散激活能不是常数,而是一个随温度变化的函数,并且当温度高于60 K时,满足关系式E(T)=a+bT^c.讨论了组元尺寸的变化对相分离过程的影响.结果表明,随两组元中某一组元 关键词： 相分离 扩散 分子动力学模拟