《強磁場下深過冷金屬熔體中的枝晶生長動力學研究》是依託東北大學，由高建榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強磁場下深過冷金屬熔體中的枝晶生長動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高建榮
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
LKT/BCT枝晶生長理論是基於純擴散假定建立的解析理論，但文獻中的枝晶生長速率實驗數據大多是在液相記憶體在對流的條件下測得的。為了檢驗LKT/BCT枝晶生長理論的可靠性，本項目利用超導強磁場和熔融玻璃淨化深過冷技術在地麵條件下建立準純擴散環境。在此基礎上，採用數位化高速攝影技術和計算機三維動畫技術對典型金屬、金屬間化合物和二元合金過冷熔體中的枝晶生長速率進行精確測定。項目的研究結果對於檢驗和發展LKT/BCT枝晶生長理論具有重要的理論意義，並可為枝晶生長的計算機模擬研究提供必要的參考數據。
結題摘要
LKT/BCT枝晶生長理論是基於純擴散假定建立的解析理論，但文獻中報導的枝晶生長速率實驗數據大多是在熔體記憶體在對流的條件下測得的。為了檢驗LKT/BCT枝晶生長理論的可靠性，本項目採用熔融玻璃淨化技術和超導磁體相結合的條件下實現了純金屬Ni、Fe和Co、金屬間化合物FeSi、Ni3Sn2和Ni2Si以及二元合金Ni-B、Ni-Cu、Ni-Si和Ni-Sn等模型材料在靜磁場下的深過冷和快速凝固，採用數位化高速攝影技術對過冷熔體的快速凝固過程進行了原位觀測，採用計算機軟體對記錄下的樣品表面的再輝過程進行了模擬，確定了過冷熔體中的枝晶生長速率，建立了不同強度的靜磁場下各類材料中的枝晶生長速率隨過冷度的變化規律。對大部分模型材料而言，靜磁場主要影響中低過冷度區域的枝晶生長速率。但是，金屬間化合物是例外，除非發生完全的無序截留，否則靜磁場對其整個過冷度區域的枝晶生長速率均有影響。在0～3T磁場範圍內，提高磁場強度可以減小枝晶生長速率；在3～6T的磁場範圍內，提高磁場強度則使枝晶生長速率出現回升的趨勢。分析認為：施加較低強度的靜磁場減輕了過冷熔體中的對流，從而使枝晶生長速率出現了下降；施加較高強度的靜磁場則在枝晶周圍激發了熱電磁對流，從而使枝晶生長速率出現了回升。採用LKT/BCT枝晶生長理論和最小二乘算法對實驗測量的數據進行了分析。結果表明，只要對模型中有效溶質擴散係數和有效熱擴散係數選擇恰當的取值，LKT/BCT枝晶生長理論不僅可以很好地描述純擴散條件下的枝晶生長速率，而且可以很好地描述有對流條件下的枝晶生長速率。對於純金屬和金屬間化合物而言，靜磁場通過改變有效熱擴散係數而使枝晶生長速率發生改變；對於合金而言，靜磁場則主要通過改變有效溶質擴散係數來使枝晶生長速率發生改變。這些研究成果對於定量認識和評價對流對枝晶生長過程的影響具有實際和理論參考價值。此外，本項目還對靜磁場下部分二元合金的凝固組織進行了研究。結果表明，靜磁場可以通過改變初生相的枝晶生長動力學來改變凝固組織中的晶粒形貌，進而影響第二相的形核動力學。這些結果對於設計新型的空間微重力實驗以及開發基於強磁場的凝固組織調控技術具有參考價值。
