金属-氢共晶定向凝固热力学模型<sup>*</sup>

doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00606

金属学报

2014, Vol. 50

Issue (4): 507-514 DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00606

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金属-氢共晶定向凝固热力学模型^*

李再久, 金青林(

), 杨天武, 周荣, 蒋业华

昆明理工大学材料科学与工程学院, 昆明 650093

A THERMODYNAMIC MODEL FOR DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF METAL-HYDROGEN EUTECTIC

LI Zaijiu, JIN Qinglin(

), YANG Tianwu, ZHOU Rong, JIANG Yehua

Faculty of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093

引用本文:

李再久, 金青林, 杨天武, 周荣, 蒋业华. 金属-氢共晶定向凝固热力学模型^*[J]. 金属学报, 2014, 50(4): 507-514.
Zaijiu LI, Qinglin JIN, Tianwu YANG, Rong ZHOU, Yehua JIANG. A THERMODYNAMIC MODEL FOR DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF METAL-HYDROGEN EUTECTIC[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(4): 507-514.

全文: PDF(3735 KB) HTML

摘要:

通过对金属-氢共晶定向凝固过程的热力学分析, 建立了一个用来描述Gasar工艺中工艺参数对气孔直径及气孔间距影响的理论模型, 并用该模型与相关实验数据进行比较. 结果表明, 理论计算结果与实验结果吻合较好. Gasar多孔Cu试样的气孔直径及气孔间距l随下拉速率v的增加而不断降低; l和v的关系为: vl²=B (B是与熔体温度和H₂压力有关的常数). 低下拉速率下, 气孔结构与模型假设理想结构的偏离, 以及固/液界面附近的熔体对流, 是造成理论计算值与实验值存在一定偏差的主要原因.

关键词 ：多孔金属, 金属-氢共晶, 气孔间距, 下拉速率

Abstract：

With the thermodynamic analysis on directional solidification of metal-hydrogen eutectic, a theoretical model was developed to predict the effect of the Gasar processing parameters on the pore diameter and inter-pore spacing. The model was applied for the Gasar porous Cu fabricated by continuous casting process. The average pore diameter and inter-pore spacing decrease as increasing withdrawal rate. The theoretical relationship between the inter-pore spacing l and the withdrawal rate v can be described by a simple equation vl²=B, where B is a constant depending on the melt temperature and hydrogen gas pressure. The model can predict the overall tendency of the experimental results. The deviation between the calculated and experimental values in the case of lower withdrawal rate is considered to be associated with the difference between the real pore structure and ideal pore structure, and the melt convection in the vicinity of solid/liquid interface.

Key words： porous metal metal-hydrogen eutectic inter-pore spacing withdrawal rate

收稿日期: 2013-09-23

ZTFLH:

TG146

基金资助:*国家自然科学基金委员会-云南省人民政府联合基金重点项目u0837603和国家自然科学基金项目51164018资助

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作者简介: 李再久, 男, 1984年生, 博士生

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图1

图2

图3

图4 过冷度ΔTdiff下1 mol金属-氢系统的相图及其对应的自由能-成分曲线

图5

图 6

图 7

Parameter	Value	Unit	Ref.
X_L	$2.183 × 10 - 5 e x p (- 5.234 × 103 T) ? p H 2$	Mole fraction	[21]
X_S	$1.379 × 10 - 5 e x p (- 5.888 × 103 T m) ? p p o r e$	Mole fraction	[21]
M_L	132200	mol/ m³	[22]
T_m	1356	K	[22]
p_h	0.009408	MPa	[16]
p_C	0.004720	MPa	[13]
D_H	$10.92 × 10 - 7 e x p (- 2148 R T m)$	m²/ s	[23]
R	8.314	J/(mol·K)	[20]
s^s/g	1.75	J/m²	[24]
k	0.35		[20]

图 8

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