金属镍枝晶电沉积的二维生长

将分形几何与电化学原理相结合,编程模拟了点阴极和点阳极电沉积中枝晶的分形生长。采用圆形电解池点阴极电沉积和点阳极射流电沉积的方法分别制备了不同浓度下的金属镍枝晶,并与模拟结果进行比较,结果表明,点阴极电沉积和点阳极射流电沉积中的枝晶均是分形生长的;电解质浓度的变化对枝晶生长形态的影响与模拟的结果具有极好的相似性,模拟结果是可以对点阴极和点阳极电沉积中枝晶的生长机理进行正确表述的,同时发现,气泡对枝晶的生长形貌影响显著。     

针状电极电沉积枝晶生长的模拟与实验

采用改进的扩散限制凝聚模型对针状电极电沉积镍枝晶的形状和生长过程进行了数值模拟研究,采用电沉积设备进行了验证性试验。结果表明:实验获得的电沉积实物与模拟得到的粒子簇形貌非常相似,两者的分形维数也很接近,用扩散限制凝聚模型来说明枝晶生长规律是有效的,模型中的模拟参数分别与电沉积参数存在着内在的对应联系;模拟生成的粒子沉积层具有明显的分形结构。     

块体多孔金属镍的逐层扫描喷射电沉积制备

介绍了基于喷射电沉积的逐层扫描法制备块状多孔金属镍的原理,利用该工艺在自行研制的试验装置上制备块状多孔金属镍.利用电子扫描显微镜(SEM)对多孔金属镍块状试样的表面形貌、微观组织结构及孔隙率进行检测,对表面显微硬度和压缩性能进行测试.结果表明:多孔金属镍样品的多孔层由向上生长的枝状晶围成三维连通孔隙,通孔分布均匀致密.经SEM分析铸层表面,可见枝状晶分支由菜花状的晶胞叠加生长形成.使用加工电流密度为900A/dm2时,制备的块状样品孔隙率为61.5%.表面的显微硬度HV为330.5.压缩性能的检测结果表明,多孔金属的抗压屈服极限为11.85MPa.应力曲线存在一个很宽的塑性平台,具有典型的塑性多孔材料特征.     

相场法模拟流动下非等温多晶粒枝晶生长形貌研究

基于相场方法对包含多晶粒的非等温合金凝固过程进行了二维数值模拟.以Ni-Cu合金为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性和过冷度、晶核个数等参数对多枝晶生长形貌的影响.结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核由独立生长演化为竞争生长;引入强制流动后,枝晶上游臂的生长得到促进,下游臂的生长受到抑制,垂直臂逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,垂直臂在迎流一侧逐渐长出二次枝晶,而逆流侧保持光滑.随着各向异性值和过冷度的增大,各枝晶形貌大小均增大.     

灰铸铁组织特征的分形研究

对枝晶生长过程作了模拟，表明枝晶生长结构具有分形特征；对灰铸铁凝固组织即初生相，研究结果表明也具有分形特征，籍此提出了描述复杂形态的树枝晶的有效参数即金相截面上树枝晶分布的盒计数维数。     

灰铸铁组织特征的分形研究

对枝晶生长过程作了模拟，表明枝晶生长结构具有分形特征，对灰铸铁凝固组织即初生相，研究结果表明也具分形特征，籍此提出了描述复杂形态的树枝晶的有效参数即金相截面上树枝晶分布的盒计数维数。     

Al-4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟

改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况。模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长。     

Simulation of dendrite growth of Fe–C alloy using phase field method

采用相场法模拟了Fe--0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长, 研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响, 获得了具有二次分枝的枝晶形貌, 再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长. 模拟结果表明: 凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析, 枝晶主干溶质浓度最低, 枝晶臂之间的液相浓度最高. 随着过冷度的增大, 枝晶生长加快且分枝发达; 界面厚度直接影响枝晶的生长速度; 各向异性影响枝晶的形态; 晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

用相场方法模拟Fe-C合金枝晶生长

采用相场法模拟了Fe-0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长,研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响,获得了具有二次分枝的枝晶形貌,再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长.模拟结果表明:凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析,枝晶主干溶质浓度最低,枝晶臂之间的液相浓度最高.随着过冷度的增大,枝晶生长加快且分枝发达;界面厚度直接影响枝晶的生长速度;各向异性影响枝晶的形态;晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

基于分形论的深冷翅片管气化器结霜数值模拟

利用分形理论DLA模型,建立翅片管气化器深冷表面霜层生长模型,通过控制程序循环次数模拟了深冷表面霜层生长不同阶段。结合实验观测到的深冷表面霜层生长过程,从分形维数和霜层密度两个方面验证数值模拟的合理性。结果表明,结霜初期随着初始霜枝晶上不断长出分枝晶,霜层密度随厚度的增大而减小,且深冷表面上霜层分形维数较一般冷表面分形维数大,说明深冷表面霜的生长更加复杂,充满空间的能力更大。这对进一步理解空温式深冷翅片管气化器表面结霜机理,探索有效除霜方法,提高气化器换热特性有重要意义。