鋁異質(zhì)形核機理研究
發(fā)布時間:2022-01-06 16:31
在金屬熔體的凝固過程中,形核方式通常都是異質(zhì)形核。研究異質(zhì)核心的形核效用,分析其異質(zhì)形核機理,有助于獲得更為細小的凝固組織,從而消除缺陷和提高力學性能。在異質(zhì)形核領(lǐng)域,深入研究異質(zhì)形核機理不僅對深化形核理論有重要的理論價值,也對開發(fā)凝固細晶新技術(shù)有重要的實際意義。本文以純Al為研究對象,研究其在不同取向的MgO、MgAl2O4及Al2O3異質(zhì)基底上的形核能力和其異質(zhì)形核機理。首先基于Bramfitt二維晶格匹配,Edge to edge matching等模型,理論計算了對應(yīng)錯配度和晶格電子遷移率,并預測了界面可能發(fā)生的位向關(guān)系,然后采用改進差示掃描量熱法測得其在不同異質(zhì)基底上形核過冷度,評判其形核能力,系統(tǒng)分析了Al在異質(zhì)基底上形核凝固時的界面反應(yīng)及界面結(jié)構(gòu)、形核相的擇優(yōu)生長方向,最后通過綜合分析理論計算、過冷度和界面分析結(jié)果,提出了分別針對強異質(zhì)形核體系A(chǔ)l/MgAl2O4、Al/MgO和弱異質(zhì)形核體系A(chǔ)l/Al2O3<...
【文章來源】:上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】:149 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
本文的主要創(chuàng)新點
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 異質(zhì)形核研究及進展
1.2.1 經(jīng)典形核理論
1.2.2 吸附形核模型及自由生長模型
1.2.3 吸附-界面擴散模型
1.2.4 潤濕形核模型
1.2.5 形核能力評估
1.3 異質(zhì)形核最新研究技術(shù)及方法
1.3.1 分子動力學
1.3.2 原位透射電鏡及同步輻射技術(shù)
1.3.3 差熱技術(shù)
1.4 凝固組織細化研究
1.4.1 物理法細化凝固組織
1.4.2 化學法細化凝固組織
1.5 本論文的研究意義及內(nèi)容
1.5.1 研究意義
1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 實驗材料、設(shè)備及研究方法
2.1 實驗材料
2.2 實驗設(shè)備及研究過程
2.2.1 實驗設(shè)備
2.2.2 實驗過程
2.2.3 實驗路線
2.3 分析和檢測
2.3.1 粗糙度檢測
2.3.2 金相觀察
2.3.3 物相微區(qū)分析
2.3.4 透射電鏡分析
第3章 異質(zhì)相結(jié)構(gòu)對Al界面形核行為理論分析
3.1 錯配度計算
3.1.1 錯配度理論介紹
3.1.2 晶體結(jié)構(gòu)
3.1.3 Al與異質(zhì)基底不同晶面錯配度
3.2 晶格電子密度差計算
3.2.1 晶格電子密度差理論介紹
3.2.2 Al與基底的晶格電子遷移率
3.3 邊邊匹配模型
3.3.1 HCP/FCC結(jié)構(gòu)取向關(guān)系的計算
3.3.2 FCC/FCC結(jié)構(gòu)取向關(guān)系的計算
3.3.3 Al在不同基底位向關(guān)系預測
3.4 本章小結(jié)
第4章 不同基底對Al形核過冷度影響
4.1 不同質(zhì)形核基底過冷度測量
4.1.1 Al/MgO、Al/MgAl_2O_4、Al/Al_2O_3過冷度
4.1.2 Al在不同基底形核過冷度對比
4.2 形核過冷度與異質(zhì)界面尺寸
4.3 異質(zhì)形核過冷度與錯配度
4.4 本章小結(jié)
第5章 Al在MgO、MgAl_2O_4及Al_2O_3基底形核界面研究
5.1 前言
5.2 Al在不同異質(zhì)基底擇優(yōu)生長
5.3 Al/MgO的界面結(jié)構(gòu)
5.3.1 Al與MgO的界面形貌
5.3.2 Al與MgO的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.4 Al/MgAl_2O_4的界面結(jié)構(gòu)
5.4.1 Al與MgAl_2O_4的界面形貌
5.4.2 Al與MgAl_2O_4的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.5 Al/Al_2O_3的界面結(jié)構(gòu)
5.5.1 Al與Al_2O_3的界面形貌
5.5.2 Al與Al_2O_3的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.6 本章小結(jié)
第6章 Al/MgAl_2O_4與Al/Al_2O_3界面形核機制分析
6.1 形核過冷度與界面特征
6.2 Al/MgAl_2O_4界面特性分析
6.3 Al/Al_2O_3界面特性分析
6.4 異質(zhì)形核微觀機制
6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
參考文獻
作者在攻讀學位期間取得的成果
致謝
【參考文獻】:
期刊論文
[1]微液滴在不同能量表面上潤濕狀態(tài)的分子動力學模擬[J]. 徐威,蘭忠,彭本利,溫榮福,馬學虎. 物理學報. 2015(21)
[2]Real-time Observation on Coarsening of Second-Phase Droplets in Al–Bi Immiscible Alloy Using Synchrotron Radiation X-ray Imaging Technology[J]. Hui-Jun Kang,Peng Zhou,Fei Cao,Jing Zhu,Ya-Nan Fu,Wan-Xia Huang,Ti-Qiao Xiao,Tong-Min Wang. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2015(07)
[3]機械振動對Al-Fe合金凝固組織的影響[J]. 陳樂平,李彩虹,周全,彭帥. 熱加工工藝. 2015(03)
[4]螺旋式環(huán)縫電磁攪拌處理對7075合金組織的影響[J]. 高志華,徐駿,張志峰,劉國鈞,李豹,王亞寶. 特種鑄造及有色合金. 2015(01)
[5]Undercooling evolution of pure Sn droplets in various atmospheres based on fast scanning calorimetry[J]. Bingge Zhao,Linfang Li,Qijie Zhai,Yulai Gao. Chinese Science Bulletin. 2014(20)
[6]化學法對有色金屬及合金晶粒細化的研究進展[J]. 夏天東,李慶林,趙文軍,汪婷,陳曦. 中國有色金屬學報. 2011(10)
[7]MgCO3對鎂合金細化機理的研究[J]. 王瑞權(quán),邱葭菲,林波,陳云祥. 熱加工工藝. 2011(19)
[8]基于Wenzel模型的粗糙界面異質(zhì)形核分析[J]. 鄭浩勇,王猛,王修星,黃衛(wèi)東. 物理學報. 2011(06)
[9]鋁合金晶粒細化的研究進展與發(fā)展趨勢[J]. 孫小平,石路,管仁國,王順成,戚文軍. 有色礦冶. 2010(05)
[10]固態(tài)化合物對鋼液非均質(zhì)形核的觸媒作用[J]. 潘寧,宋波,翟啟杰. 金屬學報. 2009(12)
博士論文
[1]鋁異質(zhì)形核過程中熔體與異質(zhì)核心間液—固界面結(jié)構(gòu)原子尺度研究[D]. 張瀚龍.上海交通大學 2015
[2]Al及其合金異質(zhì)形核過冷度與形核界面的相關(guān)性[D]. 楊林.上海交通大學 2015
[3]金屬微納液滴凝固特性與組織研究[D]. 官萬兵.上海大學 2006
[4]K4169高溫合金化學法晶粒細化工藝及機理的研究[D]. 熊玉華.西北工業(yè)大學 2000
碩士論文
[1]Al-MgAl2O4界面潤濕與粘結(jié)及基板晶體取向的影響[D]. 臧娟.吉林大學 2014
本文編號:3572794
【文章來源】:上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】:149 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
本文的主要創(chuàng)新點
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 異質(zhì)形核研究及進展
1.2.1 經(jīng)典形核理論
1.2.2 吸附形核模型及自由生長模型
1.2.3 吸附-界面擴散模型
1.2.4 潤濕形核模型
1.2.5 形核能力評估
1.3 異質(zhì)形核最新研究技術(shù)及方法
1.3.1 分子動力學
1.3.2 原位透射電鏡及同步輻射技術(shù)
1.3.3 差熱技術(shù)
1.4 凝固組織細化研究
1.4.1 物理法細化凝固組織
1.4.2 化學法細化凝固組織
1.5 本論文的研究意義及內(nèi)容
1.5.1 研究意義
1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 實驗材料、設(shè)備及研究方法
2.1 實驗材料
2.2 實驗設(shè)備及研究過程
2.2.1 實驗設(shè)備
2.2.2 實驗過程
2.2.3 實驗路線
2.3 分析和檢測
2.3.1 粗糙度檢測
2.3.2 金相觀察
2.3.3 物相微區(qū)分析
2.3.4 透射電鏡分析
第3章 異質(zhì)相結(jié)構(gòu)對Al界面形核行為理論分析
3.1 錯配度計算
3.1.1 錯配度理論介紹
3.1.2 晶體結(jié)構(gòu)
3.1.3 Al與異質(zhì)基底不同晶面錯配度
3.2 晶格電子密度差計算
3.2.1 晶格電子密度差理論介紹
3.2.2 Al與基底的晶格電子遷移率
3.3 邊邊匹配模型
3.3.1 HCP/FCC結(jié)構(gòu)取向關(guān)系的計算
3.3.2 FCC/FCC結(jié)構(gòu)取向關(guān)系的計算
3.3.3 Al在不同基底位向關(guān)系預測
3.4 本章小結(jié)
第4章 不同基底對Al形核過冷度影響
4.1 不同質(zhì)形核基底過冷度測量
4.1.1 Al/MgO、Al/MgAl_2O_4、Al/Al_2O_3過冷度
4.1.2 Al在不同基底形核過冷度對比
4.2 形核過冷度與異質(zhì)界面尺寸
4.3 異質(zhì)形核過冷度與錯配度
4.4 本章小結(jié)
第5章 Al在MgO、MgAl_2O_4及Al_2O_3基底形核界面研究
5.1 前言
5.2 Al在不同異質(zhì)基底擇優(yōu)生長
5.3 Al/MgO的界面結(jié)構(gòu)
5.3.1 Al與MgO的界面形貌
5.3.2 Al與MgO的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.4 Al/MgAl_2O_4的界面結(jié)構(gòu)
5.4.1 Al與MgAl_2O_4的界面形貌
5.4.2 Al與MgAl_2O_4的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.5 Al/Al_2O_3的界面結(jié)構(gòu)
5.5.1 Al與Al_2O_3的界面形貌
5.5.2 Al與Al_2O_3的高分辨界面結(jié)構(gòu)
5.6 本章小結(jié)
第6章 Al/MgAl_2O_4與Al/Al_2O_3界面形核機制分析
6.1 形核過冷度與界面特征
6.2 Al/MgAl_2O_4界面特性分析
6.3 Al/Al_2O_3界面特性分析
6.4 異質(zhì)形核微觀機制
6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
參考文獻
作者在攻讀學位期間取得的成果
致謝
【參考文獻】:
期刊論文
[1]微液滴在不同能量表面上潤濕狀態(tài)的分子動力學模擬[J]. 徐威,蘭忠,彭本利,溫榮福,馬學虎. 物理學報. 2015(21)
[2]Real-time Observation on Coarsening of Second-Phase Droplets in Al–Bi Immiscible Alloy Using Synchrotron Radiation X-ray Imaging Technology[J]. Hui-Jun Kang,Peng Zhou,Fei Cao,Jing Zhu,Ya-Nan Fu,Wan-Xia Huang,Ti-Qiao Xiao,Tong-Min Wang. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2015(07)
[3]機械振動對Al-Fe合金凝固組織的影響[J]. 陳樂平,李彩虹,周全,彭帥. 熱加工工藝. 2015(03)
[4]螺旋式環(huán)縫電磁攪拌處理對7075合金組織的影響[J]. 高志華,徐駿,張志峰,劉國鈞,李豹,王亞寶. 特種鑄造及有色合金. 2015(01)
[5]Undercooling evolution of pure Sn droplets in various atmospheres based on fast scanning calorimetry[J]. Bingge Zhao,Linfang Li,Qijie Zhai,Yulai Gao. Chinese Science Bulletin. 2014(20)
[6]化學法對有色金屬及合金晶粒細化的研究進展[J]. 夏天東,李慶林,趙文軍,汪婷,陳曦. 中國有色金屬學報. 2011(10)
[7]MgCO3對鎂合金細化機理的研究[J]. 王瑞權(quán),邱葭菲,林波,陳云祥. 熱加工工藝. 2011(19)
[8]基于Wenzel模型的粗糙界面異質(zhì)形核分析[J]. 鄭浩勇,王猛,王修星,黃衛(wèi)東. 物理學報. 2011(06)
[9]鋁合金晶粒細化的研究進展與發(fā)展趨勢[J]. 孫小平,石路,管仁國,王順成,戚文軍. 有色礦冶. 2010(05)
[10]固態(tài)化合物對鋼液非均質(zhì)形核的觸媒作用[J]. 潘寧,宋波,翟啟杰. 金屬學報. 2009(12)
博士論文
[1]鋁異質(zhì)形核過程中熔體與異質(zhì)核心間液—固界面結(jié)構(gòu)原子尺度研究[D]. 張瀚龍.上海交通大學 2015
[2]Al及其合金異質(zhì)形核過冷度與形核界面的相關(guān)性[D]. 楊林.上海交通大學 2015
[3]金屬微納液滴凝固特性與組織研究[D]. 官萬兵.上海大學 2006
[4]K4169高溫合金化學法晶粒細化工藝及機理的研究[D]. 熊玉華.西北工業(yè)大學 2000
碩士論文
[1]Al-MgAl2O4界面潤濕與粘結(jié)及基板晶體取向的影響[D]. 臧娟.吉林大學 2014
本文編號:3572794
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