金屬微納液滴凝固特性與組織研究.pdf

1、上海大學(xué)博士學(xué)位論文金屬微納液滴凝固特性與組織研究姓名：官萬兵申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：鋼鐵冶金指導(dǎo)教師：翟啟杰20061001固組織得到了細(xì)化。然而，由于傳統(tǒng)霧化法制備的金屬液滴尺寸通常10ttm，限制了冷卻速率的進(jìn)一步提高，因而制約了金屬凝固組織的迸一步細(xì)化。為此，本文開發(fā)了溶液包裹電弧法，其冷卻速率較霧化方法得到了更大的提高，并簡單有效的制備了凝固組織細(xì)化程度遠(yuǎn)大于相同尺寸或更小尺寸的霧化液滴。溶液包裹電弧法不僅可用于微米液滴制備并

2、獲得超細(xì)凝固組織，還可用于制備納米液滴。金屬液滴快速凝固過程中，尺寸減小與冷卻速率增大并存，給獨(dú)立研究尺寸與冷卻速率兩大因素對金屬凝固組織的影響帶來了困難。為此，本文提出了溶液包裹液淬法，通過控制液淬溫度來改變液滴傳熱的邊界條件，結(jié)合理論計(jì)算，實(shí)現(xiàn)冷卻速率與液滴尺寸的分離，并分別研究了冷卻速率和液滴尺寸在凝固過程及組織轉(zhuǎn)變中的作用。結(jié)果表明，液滴尺寸的減小和冷卻速率的提高，最終是通過增大過冷度促使凝固組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。本文實(shí)驗(yàn)條件下，液滴尺

3、寸的減小對過冷度的貢獻(xiàn)較冷卻速率的提高更大。為了研究尺寸更小的納米金屬液滴的凝固特性和組織，采用電弧法制備了sn基合金納米液滴。EDS能譜和XRD衍射結(jié)果顯示sn基合金納米液滴無氧化物新相，表明采用該技術(shù)制備的sn基合金納米液滴氧化程度較低。因此，溶液包裹電弧法是一種制各納米液滴的有效方法。進(jìn)一步對溶液包裹電弧法制備的Sm3Bi57合金納米液滴凝固組織進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，Sn43Bi57合金納米液滴分別由單晶結(jié)構(gòu)的固溶體Bi相和多晶結(jié)

4、構(gòu)的固溶體弘sn相組成，且兩者發(fā)生了相分離，分別以獨(dú)立的富Bi相和富sn相納米顆粒存在。綜合比較了霧化，電弧和液淬法液滴凝固過程與組織。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，液淬法與電弧法微米液滴凝固組織細(xì)化程度均大于相同尺寸霧化法微米液滴凝固組織，同時(shí)也大于較小尺寸下的霧化微米液滴凝固組織細(xì)化程度，且液淬與電弧液滴獲得了具有大量納米尺寸的Bsn相凝固組織。不僅如此，液淬法與電弧法由于液滴制備過程中無強(qiáng)烈的沖擊，因此，熔融液滴在其自身表面張力和溶劑靜水壓力的共同作