固-液界面的原子迁移.pptVIP

* （iii）T?T2 固相成分为C0； 液相成分为C0/k ； * (a) 平衡结晶时的溶质再分配仅取决于热力学参数k，而与动力学参数无关。结晶过程溶质再分配，但结晶完成后为单相均匀固溶体组织。 讨论： (d) 结晶过程中，扩散过程远远落后于凝固进程，两相的平均成分偏离平衡图所确定的数值。 (b) 通常情况下，导热系数为10-6m2/s，而溶质原子在液相中的扩散系数仅为10-9m2/s，溶质扩散远远落后于温度扩散，即落后于凝固进程。属非平衡凝固。 (c) 溶质原子在固态中的扩散系数为10-12m2/s，溶质原子在固相中的扩散难度大。（忽略固相的扩散） * (e) 区域平衡假设：凝固界面温度T*已知时，界面两侧非常小的有限体积内的液相成分与固相成分可由平衡相图直接确定。 (f) 非平衡凝固时的溶质平衡分配系数k —固相侧薄层的溶质含量 —液相侧薄层的溶质含量 一般情况下，凝固速率R10mm/s，界面推进速度小于溶质原子析出速度，界面局域平衡假设成立。 * 2、非平衡凝固的溶质再分配 1）等截面水平圆棒自左向右的单向凝固过程； 2）合金原始成分为C0，界面前方为正温度梯度； 3）界面始终为宏观的平面形态，忽略溶质在固相中的扩散。 * （1）固相无扩散，液相均匀混合 1）凝固过程 T=T1，CL=C0，CS=kC0。 T=T＊，CL=CL*，界面上CS=Cs*；固相成分平均值Cs沿曲线1?2进行，偏离了固相线。 对比：相同温度下，非平衡凝固时固相平均成分 小于平衡凝固时固相成分Cs?非平衡凝固时液相质量分数大于平衡凝固时液相质量分数。 C0虽然远离共晶成分，但有共晶体析出。 T=TE时，还剩余有一定数量的液相。液体凝固成共晶组织，成分为CE。 * 2）固相溶质含量 设凝固某时刻，凝固界面上液相、固相的成分各为CL*和Cs*，相应的质量分数分别为fS和fL。当固相增量为dfS，析出溶质使液相浓度升高dCL*，据质量平衡关系，有： （凝固排出溶质量） （扩散进入液相溶质量） （dfs??1-fs，忽略dfs） Scheil方程或非平衡杠杆定理 初始条件： fS=0时 求解此微分方程，有 积分： * 结晶方式与晶体生长速率：液相中的原子向晶核表面（固-液界面）堆砌的方式与速率。 * 连续生长的结果，晶体的棱角不很分明。金相观察时，晶体的表面是光滑的。 据估计，?1约为100-102cm/(s,K)数量级，因此在很小的过冷度下就可达很大的生长速率。通常，铸锭凝固时晶体生长速率约为10-2 cm/s，界面前沿的动力学过冷度 10-2-10-4K。 * ? 晶体形态：以许多小平面为生长表面的多晶体，晶体棱角分明，为多面体晶体。生长方式为小面生长。 * * * * 面心立方晶体反射孪晶及其凹角边界 * 面心立方晶体反射孪晶及其凹角边界 * 合金分类（凝固时晶体形成特点）单相合金：凝固时只析出一个固相的合金。如固溶体、金属间化合物等。多相合金：凝固时同时析出两个相的合金。如共晶、包晶或偏晶转变的合金。 只讨论单相合金的溶质再分配问题。 * fs和fL分别为固相和液相的重量分数。分三种情况讨论溶质再分配（忽略固相扩散）。 * fs和fL分别为固相和液相的重量分数。分三种情况讨论溶质再分配（忽略固相扩散）。 * fs和fL分别为固相和液相的重量分数。分三种情况讨论溶质再分配（忽略固相扩散）。 * 平衡结晶：凝固速度极其缓慢，液相和固相成分得以充分扩散，液相和固相成分分别按液固相线进行。 * 设固相线和液相线均为直线，即平衡分配系数k0和液相线斜率m均为直线。 * 凝固缓慢，液相充分搅拌 凝固技术与控制 第4章 液态金属结晶的基本原理 Tel: 0391-3986906 凝固技术与新材料研究室 1、固-液界面的原子迁移 4.3 晶体生长界面动力学过程 出现晶核之后，存在着固-液两相中的原子各自向着对方迁移的运动：固相原子迁移到液相(熔化m）和液相原子迁移到固相(结晶s）。 固 液 固液界面上原子的双向运动 m s * T Tm 熔化速率和结晶速率 同温度之间的关系 ?TK T T=Tm时， 界面动平衡 TTm时， 晶体生长 动力学过冷度?TK是保证晶体生长的动力学条件。 ?TK＝Tm-T （动力学过冷度?TK ） 2、固-液界面的微观结构 (1) 杰克逊(Jackson K.A.) 模型 界面为单原子层； 与界面层相邻的一层原子称为晶体表层； 也可称之为单原子层界面模型。 (2) 界面的理论计算 (恒温恒压，界面层相变