大连理工超疏水研究破吉尼斯世界纪录

正大连理工大学机械工程学院教授刘亚华研制的超疏水材料,可将固液接触时间的理论极限大幅缩短80%。近日,该研究成果成功挑战了吉尼斯世界纪录。固液接触时间是衡量材料表界面动态润湿性的一个重要参数。固液接触时间越短,固液表界面间质量、动量和能量交换越快,材料表界面的性能越好。此前学术界普遍认为,在超疏水表面,固液接触时间仅取决于液体的性     

固液界面自由能

固液界面自由能或固液界面张力是得到金属系固液界面平衡特性的唯一可以测定的量,在形核、晶体生长、润湿、烧结、热裂等研究中,起着重要作用。除此之外,复合材料中基体与增强物质之间的结合强度;粉末冶金材料中,合金粉末烧结的密度等,也都与合适的固液界面自由能密切相关。在本文中,选择几种较为成熟的固液界而自由能的理论与实验方法作一简单介绍。     

多晶硅定向凝固过程中固-液界面特性研究

通过真空感应熔炼炉以不同拉锭速率制备了多晶硅铸锭,通过对铸锭的金相组织及少子寿命随凝固高度的变化及径向分布的分析,研究了多晶硅定向凝固过程中的固-液界面特性。结果表明:少子寿命随生长高度的增加先增加后减少,其径向分布与固-液界面相对应。由少子寿命分布图可以看出,固-液界面的曲率随拉锭速率的减小而减小,固-液界面形貌为胞状界面。计算分析表明,胞状的固-液界面造成Fe杂质的有效分凝系数增加了3个量级以上。     

不同复现方法对镓熔点温度的影响

镓熔点是ITS - 90国际温标中一个重要的定义固定点。本文详细介绍了温度咨询委员会 (简称CCT)第一工作组推荐国家实验室复现镓熔点的最佳方法———双液 -固界面法。同时 ,还介绍了外液 -固界面的复现方法 ,并将两种方法复现的镓熔点值进行比较。实验结果表明 ,外液 -固界面法比双液 -固界面法复现出来的镓熔点值偏低约 0 13mK。     

强化换热对CdZnTe晶体生长过程的影响

为了优化CdZnTe晶体生长过程的工艺参数,利用数值模拟方法研究了强化换热对晶体生长过程固液界面凹陷、溶质组分偏析的影响.结果表明:当坩埚轴向散热强度大幅度增加时,固液界面前沿的对流显著增强;随着凝固过程的进行,固液界面凹陷深度先是显著减小,随后显著增加;晶体起始段溶质组分的径向偏析明显减小,溶质组分轴向等浓度区增长.当坩埚侧面径向散热强度增加时,固液界面前沿的对流和界面凹陷深度先是有所减弱,随后又有较大增加.当坩埚内壁碳膜厚度增加时,界面前沿的对流强度显著减弱,而固液界面凹陷深度明显增加.径向散热和碳膜厚度的增加皆不能明显影响晶体内溶质组分分布.     

一种测定定向凝固工艺参数的方法

利用连续测定试样顶面温度的方法，方便地测定了向凝固时的温度梯度以及固液界面位置，发现温度梯度受抽拉速度的影响不大，而固液界面的位置抽拉速度影响较大，随着抽拉速度的增大，固液界面位置向下移动。     

降低固-液界面粘附作用的微观结构调整方向研究

固-液界面粘附作用是影响液相在固体表面动态性能的关键因素,降低固-液界面粘附力是疏液表面迈向实际应用的关键突破点。为探讨固相表面微观结构对固-液界面粘附作用的影响,采用高粘低表面张力液相端羟基聚丁二烯(HTPB)为主要指示液相,通过反应溶液和条件控制来调控固相表面的微观结构和形貌,制备疏液表面,并利用接触角仪、高精度天平和高速摄像等手段研究HTPB在疏液表面的静态接触角和动态粘附-脱附过程行为,揭示降低固-液界面粘附作用的微观结构调整方向。结果表明,固相微观结构在一定程度的变化对静态接触角影响较小,但对HTPB在脱附过程中液滴的形变产生较大影响,同时对比研究了低粘高表面张力液相水和甘油在疏液表面的动态粘附-脱附行为和粘附力值,通过力学物理模型简化,表明固-液界面的粘附力除了与液滴形状的变形量和本质特性紧密关联,还取决于固相表面微观结构。通过固相表面微观结构对界面粘附力的影响特性,认为构筑的微观结构更均匀致密,三维(X\Y\Z)方向上尺寸均实现纳米、亚微米到微米的连续性跨越时,可使固-液界面粘附力显著下降。     

电子束区熔定向凝固Ni-Si共晶合金的固-液界面演化规律

采用电子束悬浮区熔定向凝固技术制备了Ni-Ni3Si共晶自生复合材料,在稳态晶体生长区,采用零功率法获取了不同凝固速率的固-液界面。研究表明,随凝固速率的增大,固-液界面的形态发生了明显的变化。在凝固速率较低时,固-液界面基本保持平界面,形成的是规则的层片状共晶组织。随凝固速率的增大,成分过冷增大,平界面失稳,凝固组织的规则性也降低。此外,根据M-S界面稳定性判据,计算了不同凝固速率不同干扰波长对固-液界面稳定性的影响,理论计算与实验结果基本吻合。     

液—固界面与电化显微学

液－固界面与电化显微学（石砚编译）美国、欧洲和日本的一些科学家正在用扫描探针显微技术（ＳＰＭ）和Ｘ射线技术研究液体与固体接触界面的微观结构。液一固界面的电化学作用是影响催化、电镀、腐蚀过程和电池反应过程的关键因素。液一固界面研究开辟了电化学的一个新领...     

金属基复合材料中陶瓷颗粒的微观分布

一、前言 金属基陶瓷颗粒增强复合材料的力学、物理性能不仅与颗粒尺寸、加入量及宏观分布有关,而且与颗粒的微观分布有关。而微观分布又取决于颗粒在制备过程中马固液界面的交互作用。 60年代,国外一些学者以水和有机物为对象,研究颗粒与固液界面的交互作用,即颗粒在固液界面前沿的行为。Ohlmann和Numann是其中的典型代表,他们建立了关于颗粒被固液界面吞陷的临界生长速度判据;当固液界面的生长速度高于临界生长速度,颗粒将会被固液界面吞陷,在微观分布上表现为颗粒分布在初晶内。Stenfanscu考虑到实际复合材料在凝固过程中熔体的粘度、颗粒与液体的热导率、界面前沿的温度梯度等因素的影响,也建立了临界生长速度判据,并且采用定向凝固的方法研究了界面前沿的温度梯度、凝固速度与颗粒微观分面的关系。然而由于影响固液界面行为的因素较多,建立包含所有因素并能确切反映颗粒分布规律的模型十分困难,Zubko和Surrapa等分别提出了热导率判据、热扩散比判据等经验判据。D.Lloyd认为,用理论判据分析实际复合材料中颗粒与固液界面的交互作用尚有一定的困难,而采用经验判据较为合适;对于SiCp/A复合材料,能够满足热导率判据,热扩散比判据中关于颗粒被吞陷的条件,但在他制备的SiCp/Al复合材料样品中未发现     

4045/3004/4045层状铝合金复合材料连铸制备方法

本文旨在开发出制备复合锭坯的新技术,在新型热顶石墨环结晶器中安装冷却板,采用直接水冷半连续铸造法实现了4045/3004/4045铝合金三层复合锭的实验室制备,研究了复合锭坯的宏观形貌、微观组织,并考察了界面两侧元素分布以及铸造过程中界面附近3004合金熔体的温度分布.结果表明:在冷却板的作用下界面附近形成了一层温度分布较为均匀的固态支撑层,从而保证复合铸造过程的顺利实现,复合界面结合较好,且为一种冶金结合;由界面抗拉强度测试结果可知界面的结合强度均高于96 MPa,进一步证明了两种合金的结合是一种冶金结合.     

工艺参数对冷坩埚连续铸造Ti6Al4V表面的影响

为消除冷坩埚连续成形钛合金铸棒表面缺陷，了解工艺参数对表面质量影响规律，并制备出无裂纹铸棒，通过正交试验和理论分析的方法，研究了不同工艺参数对表面质量的影响，研究表明：表面质量随功率和线圈匝数的增加而变坏，随抽拉速度和拉锭高度的增加先变好后变坏；各参数影响程度不同，线圈匝数影响最大，功率次之，抽拉速度再次，拉锭高度影响最小；铸造表面质量良好钛合金棒的工艺参数为：抽拉速度5mm／min，功率50kW，线圈3匝，拉锭高度30mm。     

Mould surface roughness and interfacial heat transfer using heat flow model

Abstract

The heat resistance at the metal/mould interface, represented by the interfacial heat transfer coefficient (IHTC), plays an important role in the rate of heat transfer from the metal to the mould. The objective of the present work was to determine the influence of the mould inner surface roughness on the IHTC using steel moulds of diameter 55 mm and height 56 mm with different surface roughnesses to solidify pure zinc with a superheat of 80 K. A computer program solving the heat conduction equation taking into consideration the convection in the molten zinc was used, together with the experimental temperature history, to determine the IHTC at the metal/mould interface. The results show that IHTC decreases as mould surface roughness increases.     

热顶电磁成型系统磁场的实验与数值模拟

根据电磁场理论,建立了热顶-电磁连铸成型系统的物理和数学模型,用小线圈法实测了不同电源功率时系统内的磁场强度,用有限元软件数值模拟了感应线圈高度、结晶器高度、热顶结构等对成型系统内磁感应强度和分布的影响,结果表明:1)降低结晶器高度使系统内磁感应强度增强,但不十分明显;2)感应线圈的高度对系统内磁场影响显著,采用20mm线圈较40mm线圈的磁感应强度提高约85%;3)有载时的模拟结果显示,系统内的磁场呈现更明显的趋肤效应;热顶结构对磁场的强度和分布规律无明显的影响.研究结果表明热顶电磁连铸法将有利于提高电源效率和稳定液柱高度,改善铸坯的内外部质量.     

7075铝合金CREM铸锭的微观组织

实验研究了低频交变电磁场作用下，7075合金凝固壳高度以及微观组织的变化规律。结果表明，随磁场强度增大，凝固壳高度以及熔体与结晶 的接触高度减小，铸锭表面质量提高；相应地铸坯中近球形组织增加，蔷薇形组织减少，整体组织变得细小和均匀。     

Fine equiaxed dendritic structure of a medium carbon steel cast using pulsed magneto-oscillation melt treatment

The application of a pulsed magneto-oscillation (PMO) technique during the solidification of a commercial high melting point medium carbon steel ingot (φ140 mm 9 450 mm) produced fully equiaxed grains in the cast ingot, indicating that the PMO process significantly promotes heterogeneous nucleation near the solid-liquid interface. The vigorous convection induced by PMO forced the partly solidified grains to move from the solid-liquid interface and became randomly distributed throughout the melt, which resulted in the formation of uniformly sized equiaxed dendrites throughout the whole ingot. Building on the developed nucleation mechanism and a flow field simulation of pure aluminum, a PMO-induced grain refinement model for steel is proposed.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-017-0206-5     

温度梯度溶液法生长的Cr掺杂的ZnTe晶体的表征

以CrTe作为掺杂源、以Te作为溶剂, 用温度梯度溶液法生长了Cr掺杂的ZnTe晶锭。晶锭头部的晶粒尺寸较大(>10 mm×10 mm), 且Te夹杂相较少。Te夹杂相的大小、形状和分布可以反映晶锭中的温场分布。晶锭的径向非对称温场导致富Te相沿径向非对称分布。Te夹杂相在温度梯度作用下的热迁移会导致其相互融合长大、变长。Te夹杂相也会在晶体中引入裂纹和空洞等缺陷。部分未被掺入ZnTe中的CrTe富集于固液界面处, 表明温度梯度溶液法生长晶体时具有一定的排杂作用。Cr掺杂的ZnTe晶体的电阻率(约1000 Ω·cm)高于未掺杂的ZnTe(约300 Ω·cm)。Cr掺杂晶体在约1750 nm处的吸收峰表明Cr²⁺离子被成功地掺入了ZnTe中。但是Cr掺杂后晶体的红外透过率降低, 表明Cr掺杂引入了较多的缺陷。     

等轴晶移动对宏观偏析影响的数值模拟

建立了自由等轴晶移动对宏观偏析影响的数学模型,对铸锭凝固过程中的对流和溶质分布进行了数值模拟.在模型中按照临界固相分数将糊状区分为紧密树枝晶和自由等轴晶两个不同的区域.对带冒口铸钢锭的宏观偏析进行了数值模拟,并同实验结果进行了比较.与假设糊状区内固相静止的模型相比,考虑等轴晶移动的模型得到的溶质分布结果与实验结果更接近.在凝固过程中,等轴晶随液体流动并在铸锭的底部中心聚集,在凝固后的铸锭中形成锥形的负偏析.还发现,在铸锭的中心靠上的区域形成正偏析,在铸锭的外部区域形成负偏析.     

FINITE ELEMENT SIMULATION OP INTERNAL VOID CLOSURE IN OPEN-DIE PRESS FORGING

In the manufacturing of heavy forgings, one of the most important aspects of the process is the consolidation of internal voids which result from the ingotmaking process. To insure a good quality finished product, these voids must be closed by proper choice of forging practices - including such factors as die geometry* amount of reduction, reduction speed, and workpiece temperature. This paper focuses on the first two of these factors and reports the results of a study on the effects of die width and reduction on the closing of a void.

The deformation state in the cross-section of an ingot is predicted using a two-dimensional elastic-plastic finite element code for large strain, large deformation analysis. Simulations of forging with no void present are reported and compared with results from plasticine experiments. The effects of die width and amount of reduction on the internal deformation state are examined. A single internal void is then modeled in the same geometry ingot as a smooth cavity at the ingot center. The nature of the void distortion and closure is predicted by the finite element model.     

纸浆模塑吸滤成型模具的吸浆孔结构优化

对纸浆模塑吸滤成型模具的吸浆孔结构进行了优化,以提高产品吸滤成型效率及均匀性。建立了纸浆模塑吸滤成型模具吸浆过程阻力的数学模型,通过分析该模型得出吸浆孔的孔径大小及入出口截面突变是影响吸浆过程压力损失的主要因素。利用ANSYS/FLOTRAN仿真分析软件,分别对不同孔径、不同锥度、不同倒角半径的模具吸浆孔模型进行了模拟分析,并通过对比分析得到了最优吸浆孔结构参数;最后进行了对比验证实验,确定了纸浆模塑模具吸浆孔结构的优化参数:孔径为3 mm,锥形吸浆孔的入口口径为3 mm,出口口径为5 mm,吸浆孔倒角半径为1.5 mm。