利用同步輻射X射線原位成像技術(shù)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)了微量Zn對(duì)Mg-15Gd合金凝固組織演化的影響,定量分析了不同Zn含量（0,1wt%、2wt%）下的枝晶生長(zhǎng)速度、二次枝晶臂間距及尖端半徑的演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),在恒定溫度梯度和冷速下,添加微量Zn,Mg-Gd系合金枝晶的生長(zhǎng)速率V、二次枝晶臂間距λ和尖端半徑R均變大,其具體關(guān)系為V（2%Zn）>V（1%Zn）>V（0Zn）、λ（1%Zn）>λ（2%Zn）>λ（0Zn）和R（1%Zn）>R（2%Zn）>R（0Zn）。此外通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),添加1wt%Zn元素對(duì)Mg-15Gd-1Zn合金中二次枝晶間距和尖端半徑有明顯增大效果,但對(duì)于枝晶生長(zhǎng)速度的促進(jìn)效果并不明顯。 

【文章來(lái)源】：熱加工工藝. 2020,49(21)北大核心

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【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)成像原理示意圖和樣品的溫度變化曲線

樣品封裝示意圖如圖2所示[13]。將試樣放入中空的石墨紙內(nèi)，并將硫磺粉均勻撒在樣品周圍，同時(shí)在石墨紙四周涂抹一層無(wú)機(jī)耐高溫膠來(lái)固定試樣，固化后在陶瓷片其余地方也均勻涂抹上無(wú)機(jī)耐高溫膠，并蓋上另一個(gè)陶瓷片并壓實(shí)。最后繼續(xù)在陶瓷片夾層四周涂一層耐高溫膠來(lái)防止氣孔的出現(xiàn)和進(jìn)一步固化試樣，完成后將其放置在干燥箱中固化。2 成像結(jié)果與討論

通過(guò)原位觀測(cè)技術(shù)獲得了不同Zn含量鎂合金枝晶的實(shí)時(shí)演變過(guò)程，如圖3所示。圖中圓圈標(biāo)記為測(cè)量的枝晶（測(cè)量生長(zhǎng)速率和尖端半徑），每組圖像中測(cè)量3個(gè)不同枝晶。虛線框?yàn)橹L(zhǎng)角度測(cè)量區(qū)域。由圖可知，枝晶首先出現(xiàn)在型腔表面，這是由于實(shí)驗(yàn)冷速較低，其不能產(chǎn)生克服形核能壘的過(guò)冷度，所以在基體中形核較難。同時(shí)在較低的冷速下，液體溫度分布均勻，過(guò)冷到某一溫度，這時(shí)優(yōu)先在型腔表面形核長(zhǎng)大，其釋放的結(jié)晶潛熱通過(guò)固相和液相散出，產(chǎn)生負(fù)的溫度梯度。此時(shí)，由于過(guò)冷較小，枝晶的生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力較小，在熱流擾動(dòng)的作用下，初生柱狀晶的生長(zhǎng)方向與溫度梯度形成了一定的偏差，使其傾斜生長(zhǎng)進(jìn)入過(guò)冷熔體中。它的長(zhǎng)大速度比周圍更迅速，快速形成枝晶臂，而且生長(zhǎng)出二次枝晶臂，如圖3(a1）、（b1）、（c1）所示。在隨后的凝固過(guò)程中，先形核的枝晶生長(zhǎng)空間充足，枝晶彼此之間自由生長(zhǎng)，一次枝晶臂沿其擇優(yōu)方向迅速發(fā)育，并生長(zhǎng)出了發(fā)達(dá)的二次枝晶。隨著凝固的進(jìn)行，晶核數(shù)目逐漸增加，枝晶間的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)變得更加激烈，部分枝晶臂間發(fā)生硬撞擊，使得其一次枝晶臂或二次枝晶臂生長(zhǎng)速度減慢并停止生長(zhǎng)，如圖3(a2）、（b2）、（c2）所示。同時(shí)該過(guò)程也存在著軟碰擊來(lái)抑制枝晶的生長(zhǎng)，這是由于枝晶開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)空間充足，溶質(zhì)能夠快速排出，隨著凝固的進(jìn)行，枝晶快速長(zhǎng)大，生長(zhǎng)空間逐漸變小，導(dǎo)致不同枝晶排出的溶質(zhì)相遇，聚集在一起形成溶質(zhì)富集，使得枝晶間出現(xiàn)溶質(zhì)偏析，進(jìn)而抑制了枝晶的生長(zhǎng)。此外，在凝固后期，圖3(b3）和（c3）中伴隨有少量等軸晶的生成，隨時(shí)間的推移發(fā)生等軸晶向柱狀晶轉(zhuǎn)變（ECT）的現(xiàn)象，并且相對(duì)于圖3(b3）、（c3），圖3(a3）中的枝晶更加粗大。最終，不同取向的枝晶均朝著水平向右的方向進(jìn)行生長(zhǎng)，并充滿整個(gè)視場(chǎng)。通過(guò)測(cè)量枝晶（虛線框內(nèi)）的生長(zhǎng)角度，發(fā)現(xiàn)這種朝著水平向右下方向生長(zhǎng)的枝晶生長(zhǎng)方向角度基本一致。2.2 Zn含量對(duì)Mg-Gd系合金枝晶生長(zhǎng)速度的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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