雾化工艺对Al-Si合金液滴凝固组织的影响

将雾化合金液滴的传热与运动方程相耦合,对合金的冷却过程进行研究,探讨液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度等参数对合金冷却过程及粉末微观组织的影响,并结合A390合金进行了计算。结果表明,随着液滴尺寸减小,所获得的冷却速度及过冷度增大;当液滴尺寸足够小时,液滴温度的变化趋势及合金液滴的组织将发生突变;增加雾化气体的初始速度,降低熔体过热度,可以抑制初生相的析出,有利于细化合金的组织。     

喷射成形中金属液滴凝固过程的计算机模拟

在群体动力学方法的基础上，提出了描述合金雾化液滴凝固过程动力学的数学模型，并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合，对A1—4．5％Cu(质量分数)合金液滴的冷却凝固过程进行了分析．结果表明，液滴冷却至一定温度时开始形核，随后晶粒长大；在形核过程中，晶粒尺寸分布区间较宽，形核后晶粒尺寸分布区间逐渐减小；液滴直径越小，冷却速度越快，晶粒数量密度越大，凝固结束时晶粒越细小．     

脉冲电流作用下相分离合金连续凝固过程研究

以Cu-Bi-Sn相分离合金为对象,试验与模拟相结合,研究了脉冲电流对相分离合金连续凝固组织演变的影响。结果表明,脉冲电流主要通过改变液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒来影响相分离合金的凝固过程及组织。随着电流密度峰值增加,液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒降低,液滴形核率增加,合金凝固组织中弥散相粒子的尺寸减小,有利于弥散型相分离合金复合材料的制备。     

Ag-Ni偏晶合金凝固过程研究

对Ag-Ni偏晶合金开展了快速/亚快速凝固实验,获得了富Ni相粒子均匀弥散分布于Ag基体的合金样品,Ag-Ni合金显微硬度随着合金Ni含量增加和试样凝固过程冷却速率升高而增大,当Ag-4.0%Ni合金液-液相变开始阶段熔体冷却速率达1800 K/s时,其显微硬度接近粉末冶金生产的Ag-10.0%Ni片状电触头的硬度。建立了描述Ag-Ni合金凝固组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分和试样直径(冷却速率)对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明:富Ni相液滴/粒子形核阶段熔体的冷却速率对合金凝固组织弥散度具有决定性影响;合金的Ni含量越高、试样冷却速率越低,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

Ag-Ni电接触材料快速/亚快速凝固过程研究

采用快速/亚快速凝固方法制备了富Ni相粒子弥散分布于Ag基体的Ag-Ni合金。建立了Ag-Ni合金凝固过程中组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明,合金的Ni含量越高,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

快速冷却条件下Cu-Co合金的凝固

利用气体雾化方法研究了Cu-20%Co(质量分数)合金的快速凝固行为,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的合金粉末.建立了Cu-Co雾化液滴快速凝固过程模型,模拟分析了雾化液滴凝固的动力学细节.结果表明:所建模型能很好地描述Cu-Co合金雾化液滴冷却凝固过程;液一液相变过程中组织演变是弥散相液滴形核、长大,碰撞凝并和空间迁移共同作用的结果;雾化液滴尺寸越大,冷却越慢,富Co相液滴的形核速率越低,凝固后富Co相的弥散度越差.     

连续凝固偏金合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程。发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型。将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合，模拟了Al-5Pb(质量分数.%)合金的凝固过程。结果表明，在固／液界面前存在一过冷区，弥散相液滴在此区间内形核。这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大。随着凝固速度的提高。形核率升高。弥散相液滴的数量密度增大，平均半径减小。     

偏晶合金液-液相变过程模拟

建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并及两液相空间分离等因素共同作用下，偏晶合金液-液相变过程中组织演变过程的数学模型。将计算的温度场和浓度场与控制凝固组织演变的动力学方程相耦合，模拟研究了单向冷却条件下Al-Pb合金液-液相变过程中的组织演变过程。结果表明，随着冷却的进行，液-液相变区不断由试样底部向试样顶部推进，直至贯穿整个试样。由于在凝固过程中弥散相液滴进行Marangoni迁移和Stokes运动，试样中的某些部位会出现液滴贫化、过饱和度增加和多次形核现象。     

过共晶Al-Si合金快速凝固组织演变

以群体动力学模型为基础,在充分考虑合金的热物性参数、过饱和度以及第二相形核率变化的基础上,提出描述该合金快速凝固组织演变的数学模型,并结合A390合金进行计算。结果表明:随着雾化合金液滴尺寸的减小,平均冷却速度增加,而初生Si相长大时间减少,所析出初生Si相的尺寸及体积分数也不断减小;当粉末尺寸减小到某一临界值时,初生Si相消失,从而使不同尺寸粉末的微观组织发生很大的变化。计算结果与实验结果吻合较好,说明此提出的模型可以较好地预测过共晶Al-Si合金快速凝固组织的形成,从而为进一步研究高硅合金材料的组织演变奠定基础。     

自由落体条件下三元Al_(61)Cu_(27)Ag_(12)合金的组织形成

采用落管无容器处理技术实现了三元Al61Cu27Ag12合金的快速凝固。研究发现,随着合金液滴直径的减小,冷却速率和过冷度均呈指数形式增大。XRD分析表明,自由落体条件下合金凝固组织由η(AlCu)、θ(Al2Cu)和ζ(Ag2Al)三相组成。合金快速凝固过程中出现了θ相与ζ相的共生组织,并且随着液滴直径的减小,这种共生组织逐渐增多。结合平衡相图对快速凝固过程进行分析,结果表明,三元Al61Cu27Ag12合金的快速凝固过程可分为:初生η相形成、θ相与ζ相共生组织形成、包晶θ相持续生长和(θ+ζ)共晶生长等四个阶段。     

Cu-13.5%Sn合金雾化液滴凝固过程模拟

在群体动力学的基础上,提出了描述Cu-13.5%Sn（质量分数）合金雾化液滴凝固过程的动力学模型;并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合,对雾化液滴的冷却凝固过程进行了模拟分析,探讨了液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度和初生相与异质形核基底间润湿角对液滴凝固行为的影响.模拟结果表明：本模型能够很好地描述雾化液滴的凝固过程;液滴冷却至一定温度开始形核,随后晶粒长大;液滴直径越小,冷却速度越快,液滴内晶粒数量密度就越高,凝固结束时晶粒亦越细小.形核润湿角和熔体过热度的增加,导致液滴内晶粒数量密度降低,晶粒半径增大;而气体初始速度的增加,有利于液滴内晶粒细化.     

利用Marangoni对流制备均质偏晶合金

利用温度场下第二相液滴的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ运动，设计了一种在地球重力场下制备均质偏晶合金的“控制铸造”新技术。在这种技术中，偏晶合金凝固界面前沿的第二相液滴将在重力场下作Ｓｔｏｋｅｓ运动和在温度梯度场下作与重力方向相反的Ｍａｒａｎｇｏｂｎｉ运动。     

Heat transfer analysis of atomized droplets during high velocity arc spraying

The heat transfer problem of the atomized droplets during high velocity arc spraying (HVAS) was modeled and solved by a numerical method using a Fe-Al alloy, and the influences of several important process parameters on the heat transfer behaviors of the atomized droplets were analyzed. The results show that the initial cooling rates of different size droplets range from 105 to 107 K/s, thus producing the coating microstructure with the features of rapid solidification. The droplet size, atomization gas pressure and droplet superheat have great influences on the heat transfer behavior of the droplet. The droplet temperature and cooling rate are much sensitive to the droplet sizes, but insensitive to the atomization gas pressure and droplet superheat. It can be predicted that the properties of HVAS coatings will be improved by decreasing droplet size as well as increasing atomization gas pressure and droplet superheat in certain extents.     

连续凝固偏晶合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程,发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型,将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合,模拟了Al-5Pb(质量分数．%)合金的凝固过程．结果表明．在固/液界面前存在一过冷区、弥散相液滴在此区间内形核,这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大,随着凝固速度的提高,形核率升高,弥散相液滴的数量密度增大．平均半径减小。     

Cu-Co合金快速凝固条件下的显微组织

在落管中进行Cu—Co合金的快速凝固试验，分析了液滴尺寸与合金成分对微观组织演变过程的影响。结果表明，液滴尺寸越小，其内部的富Co粒子越弥散；Co含量越接近亚稳液态组元不混溶区的临界成分，合金熔体越容易发生液-液相变，凝固组织中富Co粒子平均半径越大。液-液相变过程中富Co相液滴在液滴内部形核，并在温度梯度作用下向液滴中心高温区做Marangoni迁移，这最终导致在粉末表面形成贫Co层。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅱ.工艺参数对熔滴传热过程的影响

在高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数学模型的基础上，用Fe-Al合金进行了数值计算，分析了工艺参数对熔滴传热过程的影响。结果表明，熔滴尺寸越小，在一定喷涂距离上的对流换热系数则越大、熔滴温度越高、固相分数越小、冷却速度越大；雾化气流压力和喷涂电流越大，在一定的喷涂距离上熔滴温度也就越高，熔滴中的固相分数越低，且其凝固过程也越长；熔滴的冷却速度对熔滴尺寸和喷涂距离的变化十分敏感，而对雾化气流压力和喷涂电流的变化不太敏感；Fe-Al合金熔滴的液态冷却速度达10^5～10^7K／s数量级，预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

Solidification of Liquid Distributed in its Primary Matrix Phase of Al-10Cu-Fe Alloy and Their Tribological Characteristics

Solidification behavior of liquid phase entrained in its primary solid has been investigated. A hypoeutectic alloy based on Al-Cu-Fe system containing Fe and Si was thermal cycled between semisolid regions to low temperatures. The freezing characteristics of the liquid were recorded in inverse rate cooling curves. The continuous network of the liquid phase progressively changed into isolated droplets with their different size and size distribution. Such droplets revealed undercooling of the melt varying from 20 to 35 °C below the eutectic temperature of the alloy. This behavior of melt undercooling is discussed in light of independent nucleation events associated with freezing of droplets. Solidification structure of droplets revealed particulate eutectic phases in contrast to lamellar eutectic microstructure in the interdendritic region of the as-cast alloy. The droplet distribution and their solidification structure resulted in an improvement in tribological characteristics of the alloy. This effect is correlated with features of wear surfaces generated on the matting surfaces.     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅲ. EFFECT OF SOLID/LIQUID INTERFACE

分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据.结合实验,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响.结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下,较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿.当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成"蝌蚪"型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处.