梯度磁場(chǎng)下Ni50Cu50和Ni99B1過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué).pdf

1、枝晶是材料凝固過(guò)程中最常見(jiàn)的結(jié)晶形態(tài)，枝晶生長(zhǎng)也一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。近年來(lái)，有關(guān)純物質(zhì)及二元合金中的枝晶生長(zhǎng)機(jī)制已經(jīng)有了深入而系統(tǒng)的研究。梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲力、磁化力等可以有效地控制熔體流動(dòng)，在材料科學(xué)研究中也得到了應(yīng)用。因此，有必要對(duì)不同梯度磁場(chǎng)下固溶體合金過(guò)冷熔體中枝晶生長(zhǎng)速率的規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，并且采用理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文采用熔融玻璃凈化的深過(guò)冷方法，實(shí)現(xiàn)了梯度磁場(chǎng)下Ni50Cu50和Ni99B1熔體

2、的深過(guò)冷實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，利用單色紅外測(cè)溫儀測(cè)量樣品表面溫度的變化，高速攝影機(jī)記錄再輝過(guò)程，采用三維動(dòng)畫(huà)模擬軟件重現(xiàn)熔體的再輝，最后通過(guò)計(jì)算得出過(guò)冷熔體中不同過(guò)冷度下的枝晶生長(zhǎng)速率。并且對(duì)Ni50Cu50和Ni99B1熔體的冷卻曲線進(jìn)行了分析，采用Galenko修正后的LKT/BCT模型[11,58]對(duì)不同磁場(chǎng)下兩種不同成分固溶體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。獲得以下主要結(jié)論:
　　(1)無(wú)論施加磁場(chǎng)與否，隨過(guò)冷度的增大，Ni50Cu

3、50和Ni99B1中都發(fā)生了溶質(zhì)截留現(xiàn)象。在溶質(zhì)截留現(xiàn)象明顯體現(xiàn)處枝晶生長(zhǎng)速率增長(zhǎng)變緩，枝晶生長(zhǎng)方式中擴(kuò)散控制起主導(dǎo)作用;Ni50Cu50和Ni99B1所獲得的臨界過(guò)冷度ΔT*分別為170K和200K，大于臨界過(guò)冷度時(shí)，發(fā)生完全的溶質(zhì)截留現(xiàn)象，枝晶生長(zhǎng)速率呈線性增長(zhǎng)，枝晶生長(zhǎng)方式由擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)變?yōu)闊峥刂啤Ｌ荻却艌?chǎng)對(duì)發(fā)生完全溶質(zhì)截留的臨界過(guò)冷度ΔT*值無(wú)明顯影響。
　　(2)梯度磁場(chǎng)對(duì)中低過(guò)冷度區(qū)域的枝晶生長(zhǎng)速率具有明顯的影向。隨磁場(chǎng)

4、強(qiáng)度增加，Ni50Cu50和Ni99B1枝晶生長(zhǎng)速率逐漸減小。當(dāng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度B=3T時(shí)，生長(zhǎng)速率達(dá)到最小。當(dāng)B＞3T后，枝晶生長(zhǎng)速率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加逐漸回升。在大過(guò)冷度區(qū)域，梯度磁場(chǎng)對(duì)枝晶生長(zhǎng)速率沒(méi)有明顯影響。這一影響規(guī)律和梯度磁場(chǎng)對(duì)純物質(zhì)枝晶生長(zhǎng)速率的影響規(guī)律非常相似。
　　(3)分析認(rèn)為，適當(dāng)?shù)奶荻却艌?chǎng)可有效抑制Ni50Cu50和Ni99B1熔體中的對(duì)流，使枝晶生長(zhǎng)速率降低。當(dāng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度B＞3T時(shí)，梯度磁場(chǎng)對(duì)對(duì)流的促進(jìn)作用大于