Ni5Sn合金熔体的热物理性质.pdfVIP

482 中国科学 G 辑 物理学 力学 天文学 2005, 35(5): 482~491 Ni-5%Sn 合金熔体的热物理性质* ** 代富平 曹崇德 魏炳波 (西北工业大学应用物理系, 西安 710072) 摘要 采用悬浮液滴振荡法和落滴式量热法研究了 Ni-5%Sn 合金熔体的表面 4 张力和比热. 在1464~1931 K 温度范围内测定出其表面张力温度系数为6.43 ×10 1 1 N· m · K , 最大过冷度达237 K. 在1461~1986 K 温度范围内测定了焓变随温度 1 1 的变化关系, 获得其平均比热为43.03 J · K , 最大过冷度达240 K. 根据实验数 据进一步导出了黏度 溶质扩散系数 密度 热扩散系数和热导率等相关热物理 性质. 在此基础上, 计算了快速凝固过程中-Ni 枝晶中溶质截留与过冷度的关系, 发现理论预测与实验结果相一致. 关键词 热物理性质 表面张力 比热 合金熔体 深过冷 合金熔体的热物理性质是液体物理和凝固理论研究必不可少的基础数据, [1~9] 长期以来一直受到人们的普遍关注 . 但是, 由于深过冷合金熔体处于热力学 亚稳态, 其热物理性质难以用常规方法准确测定, 致使这方面的实验数据严重缺 乏, 制约着快速凝固理论和计算材料科学的发展. 在诸多的热物性参数中, 表面 张力和比热对于晶体形核与长大 非晶形成能力以及凝固热力学和动力学的研究 [6~9] 均具有特别重要的科学意义 . 由于表面张力的作用, 液体表面质点比内部质点具有更高的能量, 表面张力 梯度导致的 Marangoni 对流对于快速凝固有着重要影响. 迄今为止, 悬浮液滴振 [1~4] 荡法 是较为理想的测定亚稳液态金属表面张力的实验方法, 它较之于传统的 [10] [11] [12] 最大气泡压力法 下垂液滴法 和座滴法 更易于使样品达到深过冷. 只要 测定出合金熔体的比热, 液固相变过程中 Gibbs 自由能变化(G) 熵变(S)和焓 [1,2] 变(H) 都可以计算出来 , 为研究晶体形核和生长机制提供重要依据. 合金熔 体比热的测定方法主要有差分扫描量热法和落滴式量热法两种. 前者由于熔体 2005-02-19 收稿, 2005-06-10 收修改稿 * 国家自然科学基金(批准号: 50271058)和西北工业大学青年教师创新基金资助 项目 ** E-mail: fpdai@ SCIENCE IN CHINA Ser. G Physics, Mechanics Astronomy 万方数据 第5 期 代富平等: Ni-5%Sn 合金熔体的热物理性质