铝异质形核机理研究
发布时间：2022-01-06 16:31
在金属熔体的凝固过程中,形核方式通常都是异质形核。研究异质核心的形核效用,分析其异质形核机理,有助于获得更为细小的凝固组织,从而消除缺陷和提高力学性能。在异质形核领域,深入研究异质形核机理不仅对深化形核理论有重要的理论价值,也对开发凝固细晶新技术有重要的实际意义。本文以纯Al为研究对象,研究其在不同取向的MgO、MgAl2O4及Al2O3异质基底上的形核能力和其异质形核机理。首先基于Bramfitt二维晶格匹配,Edge to edge matching等模型,理论计算了对应错配度和晶格电子迁移率,并预测了界面可能发生的位向关系,然后采用改进差示扫描量热法测得其在不同异质基底上形核过冷度,评判其形核能力,系统分析了Al在异质基底上形核凝固时的界面反应及界面结构、形核相的择优生长方向,最后通过综合分析理论计算、过冷度和界面分析结果,提出了分别针对强异质形核体系Al/MgAl2O4、Al/MgO和弱异质形核体系Al/Al2O3<...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
本文的主要创新点
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 异质形核研究及进展
1.2.1 经典形核理论
1.2.2 吸附形核模型及自由生长模型
1.2.3 吸附-界面扩散模型
1.2.4 润湿形核模型
1.2.5 形核能力评估
1.3 异质形核最新研究技术及方法
1.3.1 分子动力学
1.3.2 原位透射电镜及同步辐射技术
1.3.3 差热技术
1.4 凝固组织细化研究
1.4.1 物理法细化凝固组织
1.4.2 化学法细化凝固组织
1.5 本论文的研究意义及内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料、设备及研究方法
2.1 实验材料
2.2 实验设备及研究过程
2.2.1 实验设备
2.2.2 实验过程
2.2.3 实验路线
2.3 分析和检测
2.3.1 粗糙度检测
2.3.2 金相观察
2.3.3 物相微区分析
2.3.4 透射电镜分析
第3章 异质相结构对Al界面形核行为理论分析
3.1 错配度计算
3.1.1 错配度理论介绍
3.1.2 晶体结构
3.1.3 Al与异质基底不同晶面错配度
3.2 晶格电子密度差计算
3.2.1 晶格电子密度差理论介绍
3.2.2 Al与基底的晶格电子迁移率
3.3 边边匹配模型
3.3.1 HCP/FCC结构取向关系的计算
3.3.2 FCC/FCC结构取向关系的计算
3.3.3 Al在不同基底位向关系预测
3.4 本章小结
第4章 不同基底对Al形核过冷度影响
4.1 不同质形核基底过冷度测量
4.1.1 Al/MgO、Al/MgAl_2O_4、Al/Al_2O_3过冷度
4.1.2 Al在不同基底形核过冷度对比
4.2 形核过冷度与异质界面尺寸
4.3 异质形核过冷度与错配度
4.4 本章小结
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在不同异质基底择优生长
5.3 Al/MgO的界面结构
5.3.1 Al与MgO的界面形貌
5.3.2 Al与MgO的高分辨界面结构
5.4 Al/MgAl_2O_4的界面结构
5.4.1 Al与MgAl_2O_4的界面形貌
5.4.2 Al与MgAl_2O_4的高分辨界面结构
5.5 Al/Al_2O_3的界面结构
5.5.1 Al与Al_2O_3的界面形貌
5.5.2 Al与Al_2O_3的高分辨界面结构
5.6 本章小结
第6章 Al/MgAl_2O_4与Al/Al_2O_3界面形核机制分析
6.1 形核过冷度与界面特征
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 异质形核微观机制
6.5 本章小结
第7章 结论
参考文献
作者在攻读学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟[J]. 徐威,兰忠,彭本利,温荣福,马学虎. 物理学报. 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]机械振动对Al-Fe合金凝固组织的影响[J]. 陈乐平,李彩虹,周全,彭帅. 热加工工艺. 2015(03)
[4]螺旋式环缝电磁搅拌处理对7075合金组织的影响[J]. 高志华,徐骏,张志峰,刘国钧,李豹,王亚宝. 特种铸造及有色合金. 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]化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展[J]. 夏天东,李庆林,赵文军,汪婷,陈曦. 中国有色金属学报. 2011(10)
[7]MgCO3对镁合金细化机理的研究[J]. 王瑞权,邱葭菲,林波,陈云祥. 热加工工艺. 2011(19)
[8]基于Wenzel模型的粗糙界面异质形核分析[J]. 郑浩勇,王猛,王修星,黄卫东. 物理学报. 2011(06)
[9]铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势[J]. 孙小平,石路,管仁国,王顺成,戚文军. 有色矿冶. 2010(05)
[10]固态化合物对钢液非均质形核的触媒作用[J]. 潘宁,宋波,翟启杰. 金属学报. 2009(12)
博士论文
[1]铝异质形核过程中熔体与异质核心间液—固界面结构原子尺度研究[D]. 张瀚龙.上海交通大学 2015
[2]Al及其合金异质形核过冷度与形核界面的相关性[D]. 杨林.上海交通大学 2015
[3]金属微纳液滴凝固特性与组织研究[D]. 官万兵.上海大学 2006
[4]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[D]. 熊玉华.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]Al-MgAl2O4界面润湿与粘结及基板晶体取向的影响[D]. 臧娟.吉林大学 2014
本文编号：3572794
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
本文的主要创新点
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 异质形核研究及进展
1.2.1 经典形核理论
1.2.2 吸附形核模型及自由生长模型
1.2.3 吸附-界面扩散模型
1.2.4 润湿形核模型
1.2.5 形核能力评估
1.3 异质形核最新研究技术及方法
1.3.1 分子动力学
1.3.2 原位透射电镜及同步辐射技术
1.3.3 差热技术
1.4 凝固组织细化研究
1.4.1 物理法细化凝固组织
1.4.2 化学法细化凝固组织
1.5 本论文的研究意义及内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料、设备及研究方法
2.1 实验材料
2.2 实验设备及研究过程
2.2.1 实验设备
2.2.2 实验过程
2.2.3 实验路线
2.3 分析和检测
2.3.1 粗糙度检测
2.3.2 金相观察
2.3.3 物相微区分析
2.3.4 透射电镜分析
第3章 异质相结构对Al界面形核行为理论分析
3.1 错配度计算
3.1.1 错配度理论介绍
3.1.2 晶体结构
3.1.3 Al与异质基底不同晶面错配度
3.2 晶格电子密度差计算
3.2.1 晶格电子密度差理论介绍
3.2.2 Al与基底的晶格电子迁移率
3.3 边边匹配模型
3.3.1 HCP/FCC结构取向关系的计算
3.3.2 FCC/FCC结构取向关系的计算
3.3.3 Al在不同基底位向关系预测
3.4 本章小结
第4章 不同基底对Al形核过冷度影响
4.1 不同质形核基底过冷度测量
4.1.1 Al/MgO、Al/MgAl_2O_4、Al/Al_2O_3过冷度
4.1.2 Al在不同基底形核过冷度对比
4.2 形核过冷度与异质界面尺寸
4.3 异质形核过冷度与错配度
4.4 本章小结
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在不同异质基底择优生长
5.3 Al/MgO的界面结构
5.3.1 Al与MgO的界面形貌
5.3.2 Al与MgO的高分辨界面结构
5.4 Al/MgAl_2O_4的界面结构
5.4.1 Al与MgAl_2O_4的界面形貌
5.4.2 Al与MgAl_2O_4的高分辨界面结构
5.5 Al/Al_2O_3的界面结构
5.5.1 Al与Al_2O_3的界面形貌
5.5.2 Al与Al_2O_3的高分辨界面结构
5.6 本章小结
第6章 Al/MgAl_2O_4与Al/Al_2O_3界面形核机制分析
6.1 形核过冷度与界面特征
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 异质形核微观机制
6.5 本章小结
第7章 结论
参考文献
作者在攻读学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟[J]. 徐威,兰忠,彭本利,温荣福,马学虎. 物理学报. 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]机械振动对Al-Fe合金凝固组织的影响[J]. 陈乐平,李彩虹,周全,彭帅. 热加工工艺. 2015(03)
[4]螺旋式环缝电磁搅拌处理对7075合金组织的影响[J]. 高志华,徐骏,张志峰,刘国钧,李豹,王亚宝. 特种铸造及有色合金. 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]化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展[J]. 夏天东,李庆林,赵文军,汪婷,陈曦. 中国有色金属学报. 2011(10)
[7]MgCO3对镁合金细化机理的研究[J]. 王瑞权,邱葭菲,林波,陈云祥. 热加工工艺. 2011(19)
[8]基于Wenzel模型的粗糙界面异质形核分析[J]. 郑浩勇,王猛,王修星,黄卫东. 物理学报. 2011(06)
[9]铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势[J]. 孙小平,石路,管仁国,王顺成,戚文军. 有色矿冶. 2010(05)
[10]固态化合物对钢液非均质形核的触媒作用[J]. 潘宁,宋波,翟启杰. 金属学报. 2009(12)
博士论文
[1]铝异质形核过程中熔体与异质核心间液—固界面结构原子尺度研究[D]. 张瀚龙.上海交通大学 2015
[2]Al及其合金异质形核过冷度与形核界面的相关性[D]. 杨林.上海交通大学 2015
[3]金属微纳液滴凝固特性与组织研究[D]. 官万兵.上海大学 2006
[4]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[D]. 熊玉华.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]Al-MgAl2O4界面润湿与粘结及基板晶体取向的影响[D]. 臧娟.吉林大学 2014
本文编号：3572794
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