金属熔体微滴凝固过冷度的DSC研究.PDF

维普资讯 钭 孝 苏 第50卷第11期 2005年6月 论 文 金属熔体微滴凝固过冷度的DSC研究 官万兵 高玉来 翟启杰 徐匡迪 (上海大学材料科学与工程学院，上海 200072． 联系人，Email：qjzhai@staff．shu．edu．cn) 摘要 采用DSC实验方法研究了冷却速率对金属熔体微滴凝 固过冷度的影响，并从理论上进行 了分析， 得到了冷却速率对过冷度的影响及其变化趋势的具体规律．结果表 明，过冷度随着冷却速率增大而提 高，且过冷度随冷却速率增大而变化的趋势逐渐减小．当冷却速率无限增大时，过冷度随冷却速率增大 而提高的趋势趋近于零，由此可知过冷度随着冷却速率的增大而提高存在上限极值． 关键词 DSC 冷却速率 过冷度 微滴凝固 过冷度是金属熔体凝 固过程 的一个重要参数， 固形核温度，以凝 固DSC曲线的峰值温度表征，DSC 也是金属凝 固特性的一个重要表征，微小液滴 因其 曲线获得的特征温度值以及过冷度计算值列入表 1 尺寸的减小，过冷度对凝 固过程的影响尤为显著 ¨J． 中． 通常，可以利用DTA或DSC对金属熔体凝固过冷度 由表 1可以得到过冷度与冷却速率 的关系，结果 进行研究 引．Mueller 采用 DTA研究了冷却速率对 如图 2所示．从图中可以看出，冷却速率越大，过冷 金属熔体微滴凝 固过冷度的影响，结果表 明冷却速 度越大，但过冷度 随冷却速率增大而提高 的变化趋 率越大，过冷度越大．因此，通过减小熔体微滴尺寸， 势(dAT／dR)减小． 增大冷却速率，是促使过冷度提高 的一个有效途径． 李强等人 通过 DSC和助溶剂相结合的方法实 然而，过冷度的变化趋势尚未有过报道，使得对过冷 现了金属 Ge熔体的深过冷，同时得到了过冷度随冷 度随冷却速率增大而提高的具体规律缺乏科学的认 却速率变化的具体规律．其结果表 明，随着冷却速率 识，有待进一步研究． 的增大，微滴凝固的过冷度增大，且随冷却速率增大， 本文通过 DSC实验方法、以金属纯铝熔体微滴 过冷度 曲线 的斜率逐渐增加，即过冷度随着冷却速 为对象，研究了冷却速率对金属熔体微滴凝 固过冷 率增大而变化的趋势随之增大．这一研究结果与本 度及其变化趋势 的影响规律 ，并从理论上对此进行 研究工作得到的结果不尽相同． 了深入的分析． 通常，冷却速率对金属熔体凝 固过冷度影响可 1 实验方法 用下式表示 J： 选用纯度(质量分数)为 99．6％的纯 Al粉末作为 ln(△丁／R)=一ln(口 )+ ， (2) 研究对象，通过TC10分级设备将粉末分成若干等级， 选取某一等级样品进行实验，该粉末平均粒径为 2O 式中，△丁为过冷度，R为冷却速率，口为接触表面积，A m．取一定量粉末与有机分散剂 (曲拉通)混合均匀， 为微滴形状因子 (球形微滴为3／167~)， 为前置因子， 用吸管把混合液滴入DSC的Al0坩锅 中，进行加热 为固液界面能，丁为凝 固温度，△H 为熔化焓，k为 和冷却过程的差热分析，升温速率为 30~C／min，冷却 Boltzmann常数，．厂(0)为接触角因子． 速率分别为 5，l0，l5，20，25oC／min．实验在美 国TA 由方程(2)可得…】 公司生产的TAS．DFQ600型示差扫描量热计中进行． In(AT)一B _·— 二—一 =InR—ln(a )， (3) 2 实验结果与分析讨论 △丁 ‘( 一△丁) “ 图 1为纯铝微粉加热和冷却过程的 DSC