本文采用電磁懸浮、自由落體和靜電懸浮三種無(wú)容器處理技術(shù),使液態(tài)Ni-Zr合金獲得了深過(guò)冷,通過(guò)調(diào)控過(guò)冷度實(shí)現(xiàn)了凝固過(guò)程的主動(dòng)控制,研究了凝固動(dòng)力學(xué)規(guī)律。同時(shí),結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬從原子尺度闡明了過(guò)冷液態(tài)合金快速凝固過(guò)程中的相選擇機(jī)理,主要取得了以下研究成果:1、深過(guò)冷液態(tài)Ni-Zr合金熱物理性質(zhì)研究采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)液態(tài)Ni-Zr合金體系的熱物理性質(zhì)與溫度和成分的依賴關(guān)系進(jìn)行了理論模擬。純金屬Ni和Zr、金屬間化合物Ni₇Zr₂和Ni₅₀Zr₅₀四種金屬熔點(diǎn)的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值相吻合;在寬廣的溫度范圍內(nèi)研究了液態(tài)Ni-Zr合金的密度,并用已有的實(shí)驗(yàn)值對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估,發(fā)現(xiàn)除了Ni含量較高的合金,其余成分合金密度的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。采用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)勢(shì)函數(shù)進(jìn)行了修正,利用修正后的勢(shì)函數(shù)得到了與實(shí)驗(yàn)相吻合的結(jié)果。液態(tài)Ni-Zr合金中當(dāng)Zr含量為40%時(shí),過(guò)剩體積偏離理想溶液最嚴(yán)重,偏離程度達(dá)-6.81%,說(shuō)明此時(shí)體系中Ni原子和Zr原子的結(jié)合能力最強(qiáng)。液態(tài)Ni-Zr合金的熱膨脹系數(shù)為10^... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 合金熔體過(guò)冷的原理和技術(shù)
    1.2 深過(guò)冷合金熔體的熱物理性質(zhì)
        1.2.1 深過(guò)冷合金熔體的密度
        1.2.2 深過(guò)冷合金熔體的比熱
    1.3 深過(guò)冷合金熔體的局域結(jié)構(gòu)
    1.4 深過(guò)冷合金熔體的快速凝固
        1.4.1 深過(guò)冷快速凝固組織特征
        1.4.2 快速枝晶生長(zhǎng)
        1.4.3 包晶合金凝固特征
        1.4.4 枝晶與共晶的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)
    1.5 Ni-Zr合金的研究現(xiàn)狀
    1.6 本文的研究目標(biāo)及課題來(lái)源
第二章 實(shí)驗(yàn)方案與計(jì)算方法
    2.1 總體研究思路
    2.2 研究對(duì)象的選取
        2.2.1 熱物理性質(zhì)研究
        2.2.2 液態(tài)結(jié)構(gòu)和快速凝固研究
    2.3 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.1 電磁懸浮
        2.3.2 自由落體
        2.3.3 靜電懸浮
    2.4 計(jì)算方法
        2.4.1 經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)
        2.4.2 第一性原理分子動(dòng)力學(xué)
    2.5 分析測(cè)試方法
        2.5.1 枝晶生長(zhǎng)速度測(cè)定原理
        2.5.2 凝固組織分析
        2.5.3 EBSD分析
        2.5.4 TEM分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 深過(guò)冷液態(tài)Ni-Zr合金熱物理性質(zhì)研究
    3.1 引言
    3.2 二元Ni-Zr合金熔點(diǎn)的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算
    3.3 液態(tài)Ni-Zr合金的熱物理性質(zhì)
        3.3.1 液態(tài)Ni-Zr合金的密度
        3.3.2 勢(shì)函數(shù)的修正
        3.3.3 液態(tài)Ni-Zr合金的過(guò)剩體積
        3.3.4 液態(tài)Ni-Zr合金的熱膨脹系數(shù)
        3.3.5 液態(tài)Ni-Zr合金的焓和混合焓
        3.3.6 液態(tài)Ni-Zr合金的比熱
    3.4 液態(tài)Ni-Zr合金的結(jié)構(gòu)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 深過(guò)冷液態(tài)Ni-Zr包晶合金的局域結(jié)構(gòu)研究
    4.1 引言
    4.2 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金的密度
    4.3 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金的局域結(jié)構(gòu)
        4.3.1 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金的雙體分布函數(shù)
        4.3.2 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金中的化學(xué)短程序
        4.3.3 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金局域結(jié)構(gòu)的HA分析
        4.3.4 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金局域結(jié)構(gòu)的鍵取向序參數(shù)分析
        4.3.5 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金局域結(jié)構(gòu)的Voronoi多面體分析
    4.4 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金局域結(jié)構(gòu)與相選擇的關(guān)聯(lián)
    4.5 液態(tài)Ni-16.75 at.%Zr合金的擴(kuò)散系數(shù)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 Ni-Zr包晶合金中初生相與包晶相的競(jìng)爭(zhēng)形核與生長(zhǎng)
    5.1 引言
    5.2 Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的相選擇研究
        5.2.1 深過(guò)冷Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的凝固路徑
        5.2.2 深過(guò)冷包晶合金的凝固機(jī)制
        5.2.3 包晶相Ni5Zr的顯微硬度
        5.2.4 完全抑制初生相的形核和生長(zhǎng)
        5.2.5 慢冷速條件下Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的凝固
    5.3 Ni-16 at.%Zr亞包晶合金中初生相與包晶相的競(jìng)爭(zhēng)形核與生長(zhǎng)
        5.3.1 過(guò)冷Ni-16 at.%Zr亞包晶合金的冷卻曲線
        5.3.2 凝固組織演變與枝晶生長(zhǎng)特征
        5.3.3 初生相與包晶相競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)機(jī)制
        5.3.4 初生相和包晶相界面取向關(guān)系
        5.3.5 初生相/包晶相界面原子分布
        5.3.6 凝固樣品表面形貌特征
        5.3.7 包晶相Ni5Zr的生長(zhǎng)取向
        5.3.8 自由落體條件下Ni-16 at.%Zr亞包晶合金的快速凝固
        5.3.9 慢冷速條件下Ni-16 at.%Zr亞包晶合金的凝固
    5.4 Ni-20 at.%Zr過(guò)包晶合金中兩相共生生長(zhǎng)
        5.4.1 深過(guò)冷包晶共生生長(zhǎng)
        5.4.2 包晶共生生長(zhǎng)機(jī)制
        5.4.3 自由落體條件下Ni-20 at.%Zr過(guò)包晶合金的快速凝固
    5.5 本章小結(jié)
第六章 Ni-Zr共晶合金中枝晶與共晶生長(zhǎng)機(jī)制
    6.1 引言
    6.2 深過(guò)冷條件下Ni5Zr金屬間化合物生長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變
        6.2.1 過(guò)冷Ni-13 at.%Zr過(guò)共晶合金的凝固過(guò)程
        6.2.2 初生Ni5Zr相快速枝晶生長(zhǎng)
        6.2.3 三維枝晶形貌
        6.2.4 初生Ni5Zr枝晶生長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變機(jī)制
        6.2.5 初生Ni5Zr相的TEM分析
        6.2.6 初生Ni5Zr相的顯微硬度
    6.3 Ni-5 at.%Zr亞共晶合金中初生相的生長(zhǎng)研究
        6.3.1 過(guò)冷Ni-5 at.%Zr亞共晶合金的凝固過(guò)程
        6.3.2 初生（Ni）相枝晶生長(zhǎng)特征
        6.3.3 凝固組織演變規(guī)律
    6.4 Ni-8.8 at.%Zr共晶合金中枝晶與共晶的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)
        6.4.1 近平衡條件下Ni-8.8 at.%Zr共晶合金的凝固特征
        6.4.2 深過(guò)冷條件下枝晶與共晶的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與獲獎(jiǎng)情況
作者簡(jiǎn)歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微重力條件下Cu-Zr共晶合金的液固相變研究[J]. 陳克萍,呂鵬,王海鵬.  物理學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]深過(guò)冷液態(tài)Al-Ni合金中枝晶與共晶生長(zhǎng)機(jī)理[J]. 楊尚京,王偉麗,魏炳波.  物理學(xué)報(bào). 2015(05)
[3]Study on Transient Properties of Levitated Object in Near-Field Acoustic Levitation[J]. 賈兵,陳超,趙淳生.  Communications in Theoretical Physics. 2011(12)
[4]單軸反饋控制條件下的靜電懸浮研究[J]. 胡亮,王海鵬,解文軍,魏炳波.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2010(06)



本文編號(hào)：2934201