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.     

深过冷条件下三元共晶的快速生长

采用熔融玻璃净化方法进行了大体积Ag_42.4Cu_21.6Sb₃₆三元共晶合金的深过冷实验, 获得最大过冷度为114 K(0.16 T_E). 发现在深过冷非平衡条件下三元共晶由ε(Ag₃Sb), (Sb)和θ(Cu₂Sb)三相组成, 而不是平衡相图中预期的(Ag), (Sb)和θ(Cu₂Sb)相. 小过冷条件下, 合金的凝固组织是初生θ相、(ε+θ)和(ε+Sb)二相共晶以及规则(ε+θ+Sb)三元共晶并存的混合形态. 随着过冷度的增大, 初生相和二相共晶逐渐消失, 而且三元共晶发生从规则共晶向不规则共晶的生长形态转变. 当过冷度超过102 K时, 不规则(ε+θ+Sb)三元共晶成为惟一的组织生长形态. 3个共晶相之间发生的竞争形核与生长是出现复杂生长形态的主要原因. 实验与理论计算结果表明, 金属间化合物θ相是领先形核相.     

超声场中高分子乳液稳定性与多孔材料结构的调控机理研究

采用星型聚合物POSS-（PMMA）₈作为乳化剂兼成膜基质,使用超声乳化法制备w/o型聚合物乳液,制备的乳液液滴初始直径受超声功率调控,阐明了超声功率对液滴直径大小的作用规律.结果表明乳液液滴直径呈双峰分布,且随超声功率的增大液滴直径增大.通过改变水相离子浓度制备聚合物乳液,得到的乳液液滴直径10 μm左右且单分散性好,并发现随超声功率增大乳液的絮凝程度增大.探索了超声功率对乳液失稳机制的影响,当超声功率低于750 W时,奥氏熟化是乳液失稳的主要机制.通过浸渍法制备以玻璃纤维为基底的多孔膜材料,发现多孔材料的孔径变化与对应乳液的液滴直径变化基本一致.本研究证实了通过改变超声功率可以调控乳液的液滴直径,然后利用乳液模板法能获得结构和形貌可控的多孔材料.     

深过冷条件下Co_7Mo_6金属间化合物的枝晶生长和维氏硬度研究

采用电磁悬浮和自由落体两种实验技术对二元Co-50%Mo过共晶合金中初生Co_7Mo_6金属间化合物的生长机理和维氏硬度进行了系统研究.电磁悬浮实验中,合金熔体获得的最大过冷度为203 K(0.12T_L),初生Co_7Mo_6枝晶生长速度与过冷度之间呈现幂函数关系.随着过冷度的增大,初生枝晶中Co元素含量单调递增,枝晶尺寸明显减小,并且其维氏硬度逐渐升高.在自由落体状态下,随着液滴直径的减小,合金熔体的过冷度和冷却速率均增大.当液滴直径减小到392μm以下时,初生Co_7Mo_6枝晶从小平面向非小平面形态进行转变.实验发现,深过冷条件下Co_7Mo_6化合物发生了显著的溶质截留效应,其维氏硬度与Co元素分布和形貌特征密切相关.     

电磁悬浮条件下液态Fe_(50)Cu_(50)合金的对流和凝固规律研究

基于轴对称电磁悬浮模型,理论计算了二元Fe_(50)Cu_(50)合金熔体内部的磁感应强度和感应电流,分析了其时均洛伦兹力分布特征,进一步耦合Navier-Stokes方程组计算求解了合金熔体内部流场分布规律.计算结果表明,电磁悬浮状态下合金内部流场呈现环形管状分布,并且电流强度、电流频率或合金过冷度的增加,均会导致熔体内部流动速率峰值减小,平均流动速率增大,并使流动速率大于100 mm·s~(-1)区域显著增大.通过与静态凝固实验对比发现,电磁悬浮条件下熔体中强制对流使得合金内部富Fe和富Cu区的相界面呈波浪状起伏形貌,并且富Cu相颗粒在熔体上部分出现的概率增加.     

超声悬浮过程中圆柱体的旋转运动机理研究

研究了圆柱体在超声悬浮过程中的旋转运动机理.实验发现:悬浮圆柱体的密度和长径比越小,转动惯量越小,其稳态旋转的转速越大;反射端在水平方向的偏移会产生回复力矩,使圆柱体停止旋转,且圆柱体静止时的轴线方向与反射端偏移方向垂直;在圆柱体两端加入适当的外界干扰可以主动抑制其旋转.计算表明,悬浮圆柱体的旋转起源于其质心偏移产生的力矩,而反射端位置的偏移以及发射端的倾斜均会抑制圆柱体的旋转.     

Oscillation and Migration of Bubbles within Ultrasonic Field

The oscillation and migration of bubbles within an intensive ultrasonic field are important issues concerning acoustic cavitation in liquids.We establish a selection map of bubble oscillation mode related to initial bubble radius and driving sound pressure under 20 kHz ultrasound and analyze the individual-bubble migration induced by the combined effects of pressure gradient and acoustic streaming.Our results indicate that the pressure threshold of stable and transient cavitation decreases with the increasing initial bubble radius.At the pressure antinode,the Bjerknes force dominates the bubble migration, resulting in the large bubbles gathering toward antinode center,whereas small bubbles escape from antinode.By contrast,at the pressure node,the bubble migration is primarily controlled by acoustic streaming,which effectively weakens the bubble adhesion on the container walls,thereby enhancing the cavitation effect in the whole liquid.     

过冷态水表面性质的分子动力学研究

采用SPC/E 和TIP4P 两种势函数, 分子动力学模拟了228~293 K 温度范围内水的表面性质. 模拟结果表明, 表面张力随温度的降低而增大. 当温度低于273 K 时, 表面张力的温度系数开始缓慢升高, 但在228 K 附近没有观察到类似某些体热力学参量的奇异发散行为, 这与实验结果相一致. 与实验测量值比较, SPC/E 势函数的模拟结果符合较好, 而TIP4P势低估了表面张力. 造成这种差异的主要原因可能是SPC/E 势较好地描述了过冷态水的表面结构. 在表面水分子的方向分布模拟中, SPC/E 势下的水分子表现出更强的方向有序性, 而且表面势也比TIP4P 势下的相应值高.     

Solute Distribution within Rapidly Grown Fe-Co Single Phase

Rapid growth of Fe-Co single phase is accomplished by rapid solidification in a drop tube. （Fe, Co） grains are refined with the decrease of alloy droplet diameters. Energy dispersive spectroscopy analysis indicates that microsegregation in （Fe, Co） single phase becomes lower with the reduction of droplet diameters. The experimental results with theoretical calculation reveal that the microsegregation is efficiently suppressed with the increase of undercooling. The free energies of intrinsic segregation for Fe-30 wt.%Co, Fe-40 wt.%Co and Fe-50 wt, %Co alloys are -47.17, -27.57 and -6.57 kJ/mol, respectively. The dependence of free energy of segregation on composition and undercooling has been deduced.