冷速对Au熔体凝固组织影响的分子动力学模拟

为了研究液态金属Au凝固后微观结构随冷速的变化规律,通过分子动力学方法模拟液态金属Au的凝固组织,利用径向分布函数和HA键型指数法对最终构型进行分析.模拟结果表明:冷速在1.0×10~(11.0)~1.0×10~(14.5) K·s~(-1)之间时,Au熔体凝固后形成由晶体结构和非晶态结构组成的混合组织;冷速大于1.0×10~(14.5) K·s~(-1)时,凝固后形成非晶态组织.最大晶体团簇中,FCC结构原子随着冷速的增加而变少,HCP结构原子数量随着冷速的增加先增多后减少.     

Al-Cu合金扩散系数的分子动力学模拟研究

为了分析Al-Cu合金液相扩散的机理,采用嵌入原子势(EAM)模拟计算了Al0.67Cu0.33合金的扩散系数.对不同初始温度和弛豫时间下Al0.67Cu0.33合金凝固过程的扩散系数进行了对比分析并分析了晶体结构.模拟结果表明:当冷却速率在1.0×1010 K·s-1时熔体凝固得到晶体,晶体结构以体心立方、面心立方和密排六方为主,随着初始温度的降低,扩散系数随之降低.在最高初始温度1 400K下,Al0.67Cu0.33合金的平均扩散系数为2.73×10-9 m~2·s~(-1);在最低初始温度950K下,平均扩散系数为2.07×10-9 m~2·s~(-1).随着弛豫时间的增加,扩散系数也随之增大.     

Al凝固特性随冷却速率变化规律的分子动力学模拟

对Al熔体在不同冷却速率下的凝固行为及其组织进行了分子动力学模拟.研究结果发现金属的凝固特性受冷却速率影响.当冷却速率小于1.0×1012.5 K·s-1时,金属Al凝固时的形核过冷度随着冷速的不断增加而增大,凝固后形成由面心立方结构和密排六方结构镶嵌而成的晶体组织;当冷却速率大于1.0×1015.0 K·s-1时,Al凝固后形成非晶态组织;冷却速率介于二者之间时,Al凝固后形成晶态和非晶态的混合组织.随着冷速的增大,最大晶态团簇中FCC结构原子的数目逐渐减少,HCP结构团原子的数目先增加后减小.     

Al_(0.25)Ni_(0.75)合金凝固过程的分子动力学模拟

为了研究熔体热历史对Al_(0.25)Ni_(0.75)合金凝固特性的影响,采用分子动力学模拟的方法模拟了Al_(0.25)Ni_(0.75)合金在不同的凝固初始温度和冷却速率下的凝固过程。实验结果表明:模拟熔点平均值与实际值相差约40.23 K;扩散系数与初始温度成正相关;当初始温度从2 800 K降低到2 500 K时,Al_(0.25)Ni_(0.75)的平均扩散系数为从5.61×10~(-8) m~2·s~(-1)降为3.86×10~(-8) m~2·s~(-1);Al_(0.25)Ni_(0.75)在1.0×10~(10) K·s~(-1)的冷却速度开始形成晶体,面心立方结构占89%。     

N-Ge_2Sb_2Te_5薄膜的相变特性研究

采用射频磁控溅射法在室温下沉积了N-GST相变薄膜,利用原位XRD研究了其相变过程.结果表明:室温下沉积薄膜均为非晶态,且在室温~375℃温度范围内,纯GST薄膜发生了非晶态→立方晶态→六方晶态相转变;然而,当N2流量为12.8 sccm时,N掺杂GST薄膜则发生了非晶态→六方晶态直接相转变.此外,通过原位XRD确定结晶温度,表明N引入能够显著提高GST薄膜的结晶温度,这有利于提高相变薄膜的非晶热稳定性.     

熔体温度处理和合金成分对铝硅合金凝固收缩率的影响

合金凝固过程的收缩会使铸件产生缩孔、缩松、热裂、应力和冷裂等缺陷.运用阿基米德原理设计了测定合金凝固收缩率的实验装置,并研究了Al-25%Si合金凝固收缩率随熔体温度处理和合金化元素的变化规律.试验结果发现:Al-25%Si合金凝固收缩率随过热温度的升高先减小后增大,随降温后保温时间的延长,收缩率逐渐减小;当熔体在960℃保温30min后,又在770℃保温60min时,凝固收缩率达到最小值0.40%.单独加入Cu、Ni和Mn元素时,凝固收缩率分别从0.87%逐渐减小到0.77%、0.75%和0.52%.但是单独加入Mg元素时,凝固收缩率从0.87%逐渐增加到0.92%.     

低温熔盐中Yb-Ni合金膜的电沉积研究

在Pt、Cu电极上,于353 K的乙酰胺-尿素-NaBr熔体中,Ni(Ⅱ) 2e→Ni(0)是一步完全不可逆反应,实验测得NiCl2(0.060 mol/dm3)-乙酰胺-尿素-NaBr熔体中,Ni(Ⅱ)在Pt上,传递系数α=0.27,扩散系数D0=6.51×10-5cm2/s,Cu上α=0.26,D0=6.02×10-7cm2/s。Yb(Ⅲ)不能单独还原为Yb(0),但可以被Ni(Ⅱ)诱导共沉积。XRD表明,由恒电位电解法得到非晶态的Yb-Ni合金,Yb的含量随阴极电位、Yb(Ⅲ)/Ni(Ⅱ)物质的量比及电解时间的变化而变化。     

过冷熔体保温时间对Ni-3.3B合金凝固组织的影响

为研究熔体过冷保温处理对合金凝固过程和组织的影响,通过调控高频感应熔炼功率,调节Ni-3.3B(质量百分比w/%)合金过冷熔体的保温时间,得到不同保温时间(18～450 s)下Ni-3.3B合金的凝固组织。采用X射线衍射仪对凝固后试样进行物相分析,利用光学显微镜对凝固组织进行观测与分析,通过显微硬度试验表征其力学性能的变化。研究结果表明:Ni-3.3B合金的凝固组织由初生α(Ni)及不同形状的共晶组织(Ni+Ni_3B)组成。随着保温时间的增加,合金中初生α(Ni)分数逐渐增加,规则共晶组织片层间距减小,且分布更均匀;不规则共晶组织分数降低,随过冷熔体保温时间的增加,共晶组织的显微硬度具有增大的趋势。     

稻谷籽粒水分有效扩散系数的研究

在5种温度(10~35℃)、3个相对湿度(RH 65%、86%、100%)组合环境中以静态称质量法测定初始低水分(8.09%~8.45%)、正常水分(13.26%~14.12%)、高水分(21.03%~21.75%)籼稻"刚优"和糯稻"尖尖糯"稻谷籽粒含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律.在RH 65%~100%范围内,稻谷初始水分越低,10~35℃下的水分吸附速率越大,温度较高,吸附速率则较大.同样的初始水分样品,暴露的RH越高,它们的水分吸附/解吸速率越大.假定稻谷籽粒是均质的有限圆柱体,采用数值解法解偏微分水分扩散方程,并用斜率方法分析稻谷水分有效扩散系数,两个正常水分稻谷品种样品在10~35℃范围吸附过程中,水分有效扩散系数为4.318×10-9~1.546×10-8 m2·h-1.初始水分相同的稻谷籽粒有效水分扩散系数,在相同RH下随着温度升高呈现增加趋势,而在同一温度下随着RH增加则呈现减少趋势.     

熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响

为了研究熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响,采用高速摄影仪和扫描电镜分别对Al-80%Si合金熔体在不同过热温度与保温时间下初生硅结晶过程进行了动态观测,获得了初生硅结晶形貌与过热温度和保温时间的关系.研究结果表明:随过热温度的升高和保温时间的延长,Al-80%Si合金凝固时过冷度增大,初生硅小平面生长方式减弱.在2min保温时间下过热温度超过100K或在50K过热温度下保温时间超过5min时,初生硅形态由粗大的长条多面体变为均匀细小的等轴多面体.说明熔体热历史可以有效地细化Al-80%Si合金中的初生硅.     

Ge_2Sb_2Te_5相变薄膜的结构及结晶温度研究

利用射频磁控溅射法在室温下沉积了GST相变薄膜,利用XRD、AFM对其结构进行表征,原位XRD及DSC测试确定其结晶温度.(原位)XRD测试表明,室温下沉积的GST薄膜为非晶态,且在室温~375℃温度范围内,样品经历了非晶态→立方晶态→六方晶态相转变;通过原位XRD和DSC测试确定的GST薄膜的结晶温度一致,为~150℃.     

三元Fe—Co—Si合金中金属间化合物的生长特性研究

通过DSC热分析确定了三元Fe-32.29%Co-20.33%Si合金的固相面和液相面温度分别为1 148 K和1 535 K.采用熔融玻璃净化技术实现了该舍金的深过冷与快速凝固,最大过冷度达378 K(0.25TL).当过冷度为98～378 K时,合金凝固组织由α(Co,Fe)2Si和(Fe,Co)5Si3相组成.分析确定该合金熔体开始凝固时,首先析出亚稳的过饱和β(Co,Fe)2Si固溶体,随后发生脱溶转变析出第2相(Fe,Co)5Si3,亚稳的p(co,Fe)2Si转变为稳定的α(CO,Fe)2Si.研究发现,随着过冷度的增大,β(Co,Fe)2Si枝晶生长速度呈指数增长趋势.     

固相反应快速制备CoTe2及其热电性质研究

在743～893 K的温度范围及保温时间约30 min的条件下,利用固相反应法快速合成了单相的合金化合物CoTe_2.获得的样品进行了物相结构(XRD)和微观结构(SEM)分析,在室温附近对样品进行了Seebeck系数和电阻率等电学性质测试分析.结果表明:采用固相反应法可以快速制备出白铁矿型半导体化合物CoTe_2.所制备出的样品存在复杂的晶体结构,样品内部存在不同尺度连续的气孔,气孔的平均直径大约在1～20μm之间.样品CoTe_2具有较低的Seebeck系数和电阻率,当制备温度743 K,样品获得最大绝对值的Seebeck系数为24.8μV/K,当制备温度为863 K时,获得最小电阻率为0.18 mΩ·cm.当制备温度为743 K,保温时间60 min时样品获得最大ZT值,其最大ZT值约为1.4×10~(-2).     

双热源作用下侧吸罩流场及捕集效率特性研究

在精炼镁车间内,广泛存在着双热源作用下的侧吸罩,研究双热源之间的影响将为研究双热源产生污染气体的捕集提供一定的理论依据.本文在实验与数值模拟误差分析的基础上,运用数值模拟方法研究了在同一局部排风系统中存在两个热源(主热源、辅热源)时,辅热源位置、辅热源初始速度以及辅热源初始温度对侧吸罩流场和排风罩捕集主热源产生污染气体捕集效率的影响.研究结果表明:(1)当辅热源位于主热源与排风罩之间时,随着辅热源初始速度的增加,侧吸罩的捕集效率先增大后减小.最大捕集效率出现在初始速度为1.0 m/s时.(2)当辅热源位于排风罩相对主热源之外时,随着辅热源初始温度从300 K增大到600 K,侧吸罩的捕集效率降低8.36%.     

超导材料MgB2的合成

为了获得高纯度的MgB2块材,以Mg粉和B粉为原料,在流动的氢气中,用传统无压烧结方法成功地制备出MgB2块材.系统研究了传统无压烧结合成MgB2块材的工艺;重点讨论了制备过程中的各项参数对样品纯度的影响,包括烧结温度,保温时间,原料的配比等;并且找出了最佳的工艺参数.实验表明,当Mg和B的原子比为1:2≤n(Mg):n(B)≤1.2:2,烧结温度为750℃,保温3 h得到了成分单一的块材.样品的超导转变温度接近39K.     

Ni_（78.6）Si_（21.4）合金的深过冷与凝固组织演化

深过冷技术研究是凝固科学中重要的研究领域之一.文中采用玻璃熔融净化与循环过热法使Ni78.6Si21.4合金获得了318K的过冷度,研究了其凝固组织随初始过冷度（ΔT）的演化规律,并对凝固组织中的亚稳相进行了分析.研究发现：当ΔT〈193K时,凝固组织为Ni3Si＋（Ni3Si＋α-Ni）非规则共晶;193K〈ΔT〈250K,凝固组织为α？Ni＋（Ni3Si＋α-Ni）非规则共晶;ΔT〉250K时,凝固组织为完全的非规则共晶;随过冷度的增加,过冷合金熔体中依次出现了亚稳相Ni31Si12相和Ni3Si2相.     

熔体旋淬法制备Cu-Zr-Al非晶带材的工艺研究

为了获得良好的非晶态材料,文中对熔体旋淬法制备Cu-Zr-Al非晶薄带的工艺进行了研究,考察了氩气流量和辊面速度对带材成型的影响,采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和透射电子显微镜(TEM)对非晶薄带的组织结构和热力学性能进行了分析.研究结果表明:熔体旋淬法制备Cu-Zr-Al系非晶薄带时,非晶带材厚度随着氩气流量增加呈指数式增加,随辊面速度增加呈指数式降低.当氩气流量为8~11L·min-1,辊面速度为25~40m·s-1时,薄带成型优良.在薄带成型优良的工艺范围内,工艺参数的变化对薄带的组织结构没有显著影响,成型优良的带材均为单一的非晶态结构.     

(CeO2,MgO)掺杂ZrO2溶胶热分解动力学

利用德国耐驰STA449C型热分析仪结合Kissinger法求解了Zr(OH)4·x(Ce(OH)4)·y(Mg(OH)2)体系的热分解动力学参数.结果显示,Zr(OH)4·x(Ce(OH)4)·y(Mg(OH)2)体系的热分解活化能为60.9 kJ/mol,反应级数2.28;晶态转变活化能为297.6 kJ/mol,相变指数1.6.     

熔体过热处理作用机制的新认识

从液-液结构转变的角度探讨了熔体过热处理对CuSn18.7(at.%)和BiPb20.1(at.%)合金凝固组织和凝固行为的作用机制.实验表明:在升温过程中,合金熔体的某些物理性能(例如内耗,电阻率,热电势和热)在特定的温度区间都发生了异常的变化,而在降温过程中没有异常变化,揭示了熔体中在这些温度区间内发生了不连续的液-液结构转变.随后的凝固实验表明结构转变对合金的凝固有着很大的影响,例如形核过冷度显著增大,CuSn18.7合金的凝固组织明显细化,而BiPb20.1合金的初生相形态由鱼骨状树枝晶变成无序的等轴晶.分析认为熔体结构转变使得熔体结构趋于均匀和无序,在凝固中抑制了初生相的形核,进而细化凝固组织.而BiPb20.1合金组织形态的变化则是由熔体结构转变改变了界面溶质分配系数导致的.     

H70黄铜局域化剪切变形行为研究

借助分离式霍普金森压杆和金相显微镜研究了高应变速率下H70黄铜中的绝热剪切现象。实验结果表明,当应变速率为5.0×10~4s~(-1)、6.0×10~4s~(-1)时,加载后H70黄铜中均出现绝热剪切带,且带内原始粗大晶粒发生动态再结晶而细化。另外,随着应变速率从5.0×10~4 s~(-1)增加到6.0×10~4s~(-1),对应的临界应变和绝热剪切形成能分别从1.346、723.71 kJ/m~3增加到1.578、805.94 kJ/m~3,即随着应变速率的增加,应力坍塌点对应的临界应变和绝热剪切形成能均增加,表明H70黄铜的绝热剪切敏感性随着应变速率增加而降低。