1、深過(guò)冷熔體的快速凝固是金屬凝固領(lǐng)域的前沿研究課題。研究深過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和凝固組織演化規(guī)律對(duì)于人們認(rèn)識(shí)和利用液態(tài)金屬的快速凝固過(guò)程具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 本文首先采用純金屬Cu及Cu-10％Ge、Cu-14.8％Ge合金在熔融玻璃凈化工藝條件下的過(guò)冷行為,就加熱方式、保護(hù)氣氛、冷卻速率以及合金成分的影響進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,本文采用紅外測(cè)溫技術(shù)和高速攝影技術(shù)研究了Cu-10％Ge和Cu-14.8％Ge合金深

2、過(guò)冷熔體的快速凝固過(guò)程,對(duì)深過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)速率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定,并對(duì)其凝固組織中出現(xiàn)的晶粒細(xì)化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。
　　 深過(guò)冷實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)論是純金屬Cu還是Cu-10％Ge和Cu-14.8％Ge合金,其在感應(yīng)加熱條件下獲得的最大過(guò)冷度值都明顯高于電阻爐加熱下的最大過(guò)冷度。分析認(rèn)為,這一差別可能與感應(yīng)加熱條件下樣品內(nèi)存在的強(qiáng)迫對(duì)流有關(guān)。通過(guò)對(duì)感應(yīng)加熱下熔融玻璃凈化工藝的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),除加熱方式外,保護(hù)氣氛的種類(lèi)和合金成分是影響熔

3、融玻璃凈化條件下液態(tài)金屬過(guò)冷度的關(guān)鍵因素。
　　 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明,Cu-10％Ge合金深過(guò)冷熔體中初生相α-(Cu)的枝晶生長(zhǎng)速率隨過(guò)冷度的增大而持續(xù)增大。在實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的過(guò)冷度范圍內(nèi),枝晶生長(zhǎng)速率與過(guò)冷度之間符合冪函數(shù)關(guān)系:V=0.00009×△T2.34(m/s)。同樣,Cu-14.8％Ge合金深過(guò)冷熔體中初生相α-(Cu)的枝晶生長(zhǎng)速率也隨過(guò)冷度的增大而持續(xù)增大。在實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的過(guò)冷度范圍內(nèi),枝晶生長(zhǎng)速率與過(guò)冷度之間符合

4、冪函數(shù)關(guān)系:V=0.00001×△T2.57(m/s)。在相同的過(guò)冷度條件下,Cu-14.8％Ge合金中初生相α-(Cu)的枝晶生長(zhǎng)速率明顯低于Cu-10％Ge合金中的數(shù)值。這是由于在中低過(guò)冷度條件下,枝晶生長(zhǎng)速率主要受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。合金中的溶質(zhì)含量越高,枝晶生長(zhǎng)速率越緩慢。
　　 微觀組織分析表明,Cu-10％Ge合金的凝固組織為單相組織,并在特定的過(guò)冷度范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的晶粒細(xì)化現(xiàn)象。在電阻爐加熱條件下,合金凝固組織出現(xiàn)晶粒細(xì)

5、化的過(guò)冷度為45K～77K；而在感應(yīng)加熱下,合金凝固組織出現(xiàn)晶粒細(xì)化的最低臨界過(guò)冷度為83K。Cu-14.8％Ge合金的凝固組織由初生相α-(Cu)和包晶相ζ-Cu5Ge相組成。在深過(guò)冷條件下,其凝固組織中初生相α-(Cu)的晶粒也發(fā)生明顯的細(xì)化現(xiàn)象。在電阻爐加熱條件下,合金凝固組織出現(xiàn)晶粒細(xì)化的過(guò)冷度為74K～85K；而在感應(yīng)加熱下,合金凝固組織出現(xiàn)晶粒細(xì)化的最低臨界過(guò)冷度為83K～103K。分析認(rèn)為,Cu-Ge合金深過(guò)冷快速凝固組織

6、中的晶粒細(xì)化現(xiàn)象不儀與過(guò)冷度有關(guān),而且還和合金成分、冷卻速率密切相關(guān)。
　　 此外,對(duì)不同成分的Cu-Ge合金快速凝固過(guò)程的原位觀察表明,在特定的過(guò)冷度內(nèi),樣品表面的宏觀固液界面發(fā)生了由鋸齒狀向平滑狀的轉(zhuǎn)變。其中,Cu-10％Ge合金宏觀固液界面特征發(fā)生轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度范圍為74K～83K,而Cu-14.8％Ge合金中宏觀固液界面特征發(fā)生轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度范圍則為83K～103K。分析認(rèn)為,這種差異很可能與快速凝固過(guò)程中的溶質(zhì)截留現(xiàn)象有關(guān)