深过冷液态Ni-Zr合金的局域结构和快速凝固研究

发布时间：2020-12-23 19:03

　　本文采用电磁悬浮、自由落体和静电悬浮三种无容器处理技术,使液态Ni-Zr合金获得了深过冷,通过调控过冷度实现了凝固过程的主动控制,研究了凝固动力学规律。同时,结合分子动力学模拟从原子尺度阐明了过冷液态合金快速凝固过程中的相选择机理,主要取得了以下研究成果:1、深过冷液态Ni-Zr合金热物理性质研究采用分子动力学方法对液态Ni-Zr合金体系的热物理性质与温度和成分的依赖关系进行了理论模拟。纯金属Ni和Zr、金属间化合物Ni₇Zr₂和Ni₅₀Zr₅₀四种金属熔点的模拟结果和实验值相吻合;在宽广的温度范围内研究了液态Ni-Zr合金的密度,并用已有的实验值对模拟结果进行了评估,发现除了Ni含量较高的合金,其余成分合金密度的计算结果与实验值吻合较好。采用实验结果对势函数进行了修正,利用修正后的势函数得到了与实验相吻合的结果。液态Ni-Zr合金中当Zr含量为40%时,过剩体积偏离理想溶液最严重,偏离程度达-6.81%,说明此时体系中Ni原子和Zr原子的结合能力最强。液态Ni-Zr合金的热膨胀系数为10^... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：167 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 合金熔体过冷的原理和技术
    1.2 深过冷合金熔体的热物理性质
        1.2.1 深过冷合金熔体的密度
        1.2.2 深过冷合金熔体的比热
    1.3 深过冷合金熔体的局域结构
    1.4 深过冷合金熔体的快速凝固
        1.4.1 深过冷快速凝固组织特征
        1.4.2 快速枝晶生长
        1.4.3 包晶合金凝固特征
        1.4.4 枝晶与共晶的竞争生长
    1.5 Ni-Zr合金的研究现状
    1.6 本文的研究目标及课题来源
第二章 实验方案与计算方法
    2.1 总体研究思路
    2.2 研究对象的选取
        2.2.1 热物理性质研究
        2.2.2 液态结构和快速凝固研究
    2.3 实验装置与实验方法
        2.3.1 电磁悬浮
        2.3.2 自由落体
        2.3.3 静电悬浮
    2.4 计算方法
        2.4.1 经典分子动力学
        2.4.2 第一性原理分子动力学
    2.5 分析测试方法
        2.5.1 枝晶生长速度测定原理
        2.5.2 凝固组织分析
        2.5.3 EBSD分析
        2.5.4 TEM分析
    2.6 本章小结
第三章 深过冷液态Ni-Zr合金热物理性质研究
    3.1 引言
    3.2 二元Ni-Zr合金熔点的分子动力学计算
    3.3 液态Ni-Zr合金的热物理性质
        3.3.1 液态Ni-Zr合金的密度
        3.3.2 势函数的修正
        3.3.3 液态Ni-Zr合金的过剩体积
        3.3.4 液态Ni-Zr合金的热膨胀系数
        3.3.5 液态Ni-Zr合金的焓和混合焓
        3.3.6 液态Ni-Zr合金的比热
    3.4 液态Ni-Zr合金的结构
    3.5 本章小结
第四章 深过冷液态Ni-Zr包晶合金的局域结构研究
    4.1 引言
    4.2 液态Ni-16.75 at.%Zr合金的密度
    4.3 液态Ni-16.75 at.%Zr合金的局域结构
        4.3.1 液态Ni-16.75 at.%Zr合金的双体分布函数
        4.3.2 液态Ni-16.75 at.%Zr合金中的化学短程序
        4.3.3 液态Ni-16.75 at.%Zr合金局域结构的HA分析
        4.3.4 液态Ni-16.75 at.%Zr合金局域结构的键取向序参数分析
        4.3.5 液态Ni-16.75 at.%Zr合金局域结构的Voronoi多面体分析
    4.4 液态Ni-16.75 at.%Zr合金局域结构与相选择的关联
    4.5 液态Ni-16.75 at.%Zr合金的扩散系数
    4.6 本章小结
第五章 Ni-Zr包晶合金中初生相与包晶相的竞争形核与生长
    5.1 引言
    5.2 Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的相选择研究
        5.2.1 深过冷Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的凝固路径
        5.2.2 深过冷包晶合金的凝固机制
        5.2.3 包晶相Ni5Zr的显微硬度
        5.2.4 完全抑制初生相的形核和生长
        5.2.5 慢冷速条件下Ni-16.75 at.%Zr包晶合金的凝固
    5.3 Ni-16 at.%Zr亚包晶合金中初生相与包晶相的竞争形核与生长
        5.3.1 过冷Ni-16 at.%Zr亚包晶合金的冷却曲线
        5.3.2 凝固组织演变与枝晶生长特征
        5.3.3 初生相与包晶相竞争生长机制
        5.3.4 初生相和包晶相界面取向关系
        5.3.5 初生相/包晶相界面原子分布
        5.3.6 凝固样品表面形貌特征
        5.3.7 包晶相Ni5Zr的生长取向
        5.3.8 自由落体条件下Ni-16 at.%Zr亚包晶合金的快速凝固
        5.3.9 慢冷速条件下Ni-16 at.%Zr亚包晶合金的凝固
    5.4 Ni-20 at.%Zr过包晶合金中两相共生生长
        5.4.1 深过冷包晶共生生长
        5.4.2 包晶共生生长机制
        5.4.3 自由落体条件下Ni-20 at.%Zr过包晶合金的快速凝固
    5.5 本章小结
第六章 Ni-Zr共晶合金中枝晶与共晶生长机制
    6.1 引言
    6.2 深过冷条件下Ni5Zr金属间化合物生长方式的转变
        6.2.1 过冷Ni-13 at.%Zr过共晶合金的凝固过程
        6.2.2 初生Ni5Zr相快速枝晶生长
        6.2.3 三维枝晶形貌
        6.2.4 初生Ni5Zr枝晶生长方式转变机制
        6.2.5 初生Ni5Zr相的TEM分析
        6.2.6 初生Ni5Zr相的显微硬度
    6.3 Ni-5 at.%Zr亚共晶合金中初生相的生长研究
        6.3.1 过冷Ni-5 at.%Zr亚共晶合金的凝固过程
        6.3.2 初生（Ni）相枝晶生长特征
        6.3.3 凝固组织演变规律
    6.4 Ni-8.8 at.%Zr共晶合金中枝晶与共晶的竞争生长
        6.4.1 近平衡条件下Ni-8.8 at.%Zr共晶合金的凝固特征
        6.4.2 深过冷条件下枝晶与共晶的竞争生长
    6.5 本章小结
第七章 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文与获奖情况
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]微重力条件下Cu-Zr共晶合金的液固相变研究[J]. 陈克萍,吕鹏,王海鹏.  物理学报. 2017(06)
[2]深过冷液态Al-Ni合金中枝晶与共晶生长机理[J]. 杨尚京,王伟丽,魏炳波.  物理学报. 2015(05)
[3]Study on Transient Properties of Levitated Object in Near-Field Acoustic Levitation[J]. 贾兵,陈超,赵淳生.  Communications in Theoretical Physics. 2011(12)
[4]单轴反馈控制条件下的静电悬浮研究[J]. 胡亮,王海鹏,解文军,魏炳波.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(06)



本文编号：2934201