本文關(guān)鍵詞：過冷二元合金的共晶—枝晶生長研究

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【摘要】：深過冷快速凝固技術(shù)被廣泛用于共晶合金凝固研究,在組織形態(tài)演化、非規(guī)則共晶形成、相選擇等方面取得了重要進展。但在上述非平衡現(xiàn)象的機理分析及定量描述方面尚顯不足,需進一步發(fā)展非平衡凝固理論。事實上,深過冷凝固過程中的兩相耦合生長常發(fā)生于大過冷度,已遠遠偏離平衡條件,此時,非平衡界面動力學效應(yīng)、非平衡溶質(zhì)擴散效應(yīng)及非平衡三相交線(Triple-Junction,TJ)動力學效應(yīng)將在共晶-枝晶生長過程中產(chǎn)生重要作用。但當前的共晶-枝晶生長理論卻基于稀溶液近似和線性相圖假設(shè),尚未綜合考慮上述非平衡效應(yīng),故而無法準確描述實際的共晶凝固過程。在此背景下,本文從熱力學極值原理出發(fā),建立了一個綜合考慮上述非平衡效應(yīng)、適用于濃溶液合金體系的共晶-枝晶生長模型,準確預(yù)測了過冷Fe83B17、Ag-39.4at.%Cu及Ni-Zr合金的非平衡共晶-枝晶生長動力學過程,分析了兩相耦合生長失效及共晶生長擴散控制的物理機制。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.基于熱力學極值原理,建立了耦合非平衡界面動力學效應(yīng)、非平衡溶質(zhì)擴散效應(yīng)、非平衡TJ動力學效應(yīng),且適用于濃溶液合金體系的共晶動力學模型。采用共晶動力學模型描述溶質(zhì)擴散控制的共晶生長,引入微觀可解性理論描述純熱擴散控制的枝晶生長,從而建立了一般性共晶-枝晶生長模型。2.共晶-枝晶生長模型準確預(yù)測了Fe83B17合金的共晶-枝晶生長過程。通過與前人基于稀溶液近似和線性相圖假設(shè)的共晶-枝晶模型進行對比分析,揭示了將共晶-枝晶生長理論拓展到濃溶液及非線性相圖的必要性:在低過冷度下,前人模型與當前模型預(yù)測結(jié)果基本一致,即稀溶液及線性相圖假設(shè)適用于低過冷度;在大過冷度下,前人模型由于采用稀溶液近似而不合理地引入了非平衡效應(yīng),進而無法準確預(yù)測實驗結(jié)果。3.以Ag-39.4at.%Cu合金為研究對象,通過耦合不同非平衡效應(yīng)量化了各種非平衡效應(yīng)在共晶-枝晶生長過程中作用。非平衡效應(yīng)使得共晶-枝晶生長在一定過冷度(或生長速度)下終止:濃溶液條件下是由于相圖中動力學共晶點的消失;稀溶液條件下是由于共晶兩相間競爭所致的單相枝晶生長取代兩相耦合生長。4.針對NiZr、NiZr_2及Ni_(36)Zr_(64)合金的深過冷快速凝固,首先將熱枝晶生長模型用于NiZr和NiZr_2合金的枝晶生長,證實了單相枝晶生長的擴散控制生長模式,隨后將當前模型用于Ni_(36)Zr_(64)合金的共晶-枝晶生長,證實了兩相耦合生長的擴散控制生長模式。擴散控制生長過程均發(fā)生熱力學驅(qū)動力控制向動力學移動性控制轉(zhuǎn)變,故生長速度隨過冷度先增后減并存在最大值點。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG111.4

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