枝晶
- 液氢中固空枝晶生长凝固定量相场法研究
实验未能得到固空枝晶的全过程生长图像,也未能直接得到枝晶生长凝固过程中枝晶内部和液相中氧溶质的分布。考虑到液氢的低温及不稳定性,通过实验手段获得固空枝晶微结构演化和溶质分布信息是相当具有挑战的。幸运的是,数值模拟方法如元胞自动机(CA)、相场法等已成为复现枝晶凝固微观结构演化的有效手段[5-10]。课题组在先前的研究[11-12]中运用格子玻尔兹曼和元胞自动机耦合方法初步探索了固空枝晶生长凝固行为,但所得到的固空枝晶形态较为简单,仅包含一次枝晶臂,并不能反
西安交通大学学报 2023年5期2023-06-15
- 锌离子电池负极锌枝晶抑制的研究进展
锌离子电池负极锌枝晶抑制的研究进展刘 海（成都大学， 四川 成都 610106）近些年来，因为含有水电解液的锌离子电池（ZIBs）具有高安全性、环境友好性、低成本和高能量密度等优点而受到研究人员越来越多的关注。然而，锌离子电池负极的不稳定性阻碍了ZIBs在实际应用中的可靠部署。主要针对ZIBs负极存在的锌枝晶问题，先简单介绍了ZIBs的基本知识以及锌枝晶的发展。然后介绍了锌枝晶的形成和生长机理，并对锌枝晶的抑制策略从锌负极、电解液和隔膜三个方面在近年来的研
辽宁化工 2023年1期2023-03-12
- 强制对流影响下Fe-C 合金定向凝固微观组织的相场法研究
观视角来看，凝固枝晶生长形态主要由微观固液界面前沿的热扩散和溶质扩散决定[3-4].通过传统实验研究的方法尽管拥有直观、可操作性强的优点，但是却无法揭示枝晶结构的形成机理.近年来，针对研究微观组织演化的相场法被人们广泛关注.其中，应用相场法对定向凝固微观组织生长规律的探索已经取得大量成果.Takaki 等[5]和Shibuta 等[6]通过结合超级计算机和并行算法观察到在二元合金定向凝固过程中，三维空间内不利于定向凝固的枝晶和高度复杂的枝晶之间具有相互作用
工程科学学报 2023年4期2023-01-07
- 超声场中气泡稳态空化对枝晶生长过程的作用机制*
中稳态空化气泡与枝晶间的相互作用,并结合数值模拟揭示了稳态空化对枝晶生长的影响机制.结果表明,稳态空化能够加速枝晶生长、促使枝晶臂断裂和吸附球状晶生长.当气泡的迁移方向与枝晶生长方向一致时,气泡振荡过程中产生的周期性高压导致周围熔体过冷,从而加速枝晶生长.当稳态空化气泡向固相内部迁移时,其振荡引发枝晶臂内部产生大于屈服强度的应力,促使枝晶臂变形和断裂.同时悬浮于固-液界面前沿的稳态空化气泡能够在周围液相中产生局部的周期性变化流场和高剪切力,使得邻近的枝晶碎
物理学报 2022年24期2022-12-31
- 锂枝晶生长及抑制策略研究
过程中不可控的锂枝晶生长。根据锂金属沉积形貌，可以把锂枝晶分为“苔藓”锂和树枝状锂枝晶。“苔藓”锂造成疏松的锂沉积，带来体积膨胀和锂离子传输困难、电解液消耗等问题；树枝状锂枝晶会导致隔膜被刺穿，造成电池短路，引发热失控甚至爆炸[11]。据此，充分理解锂枝晶产生原因及生长机制，开发对应抑制策略，对于推动锂金属负极商业化具有重要意义。1 锂枝晶的生长锂金属负极在持续的循环过程中，主要存在体积膨胀、连续的副反应及失控的锂枝晶生长[12-14]等问题。其中，锂枝晶
科技与创新 2022年24期2022-12-23
- 基于PF-LBM模型的自然对流影响枝晶生长模拟
过冷度函数来预测枝晶大小及生长速度[1].由于其本身的特性无法对枝晶生长过程中的随机部分进行模拟，应用受到较大限制.随后Brown等[2-3]建立的元胞自动机模型，考虑了枝晶局部界面曲率的影响，增大了模拟尺度，定性地观察了枝晶生长过程，但此方法无法模拟复杂枝晶的准确形貌，且对于体积过大、计算量大的铸件无法达到计算要求.国内外学者利用相场法(PF)对微观组织进行模拟研究，定量模拟了宏观作用下枝晶生长，较好地捕捉了微观组织动力学演变过程的同时，研究各个参数对枝
兰州理工大学学报 2022年4期2022-09-05
- GH4742合金真空自耗重熔过程碳化物析出行为
偏析元素之一，在枝晶间区域大量富集，容易引起粗大碳化物以及（γ+γ′）共晶相等多种低熔点相的析出，且冷却速率越低，偏析趋势越严重[4-7]。因此，本研究通过实验观察分析GH4742 合金真空自耗熔炼的铸锭不同位置碳化物析出相和微观组织，利用MeltFlow-VAR 模拟软件在相同冶炼参数下对合金铸锭凝固过程进行模拟还原。研究碳化物的析出与枝晶间距、冷却速率和局部凝固时间之间的联系。1 实验材料与方法实验合金为GH4742 合金，其主要成分见表1。对真空自耗
航空材料学报 2022年4期2022-08-04
- 定向凝固过程中单晶合金枝晶生长的研究进展
从平界面到胞晶、枝晶的界面形态转变，其中枝晶生长能对材料的性能和寿命起到决定性影响，特别是一次枝晶间距作为枝晶生长形态中特别重要的表征尺寸，在近几十年受到了研究者的广泛关注。针对不同的合金体系，想要进一步提高材料的性能需要结合合金本身的特性去研究分析，涉及材料内部富含的元素种类和元素含量。史振学等［6］通过对镍基单晶高温合金研究发现，随着Cr 含量增加，合金的一次枝晶间距并没有明显变化，共晶含量明显增加，但合金组织的稳定性降低。这表明合金的优异性能取决于合
材料研究与应用 2022年2期2022-05-23
- 电磁搅拌频率对Cu-2Ag-0.04La合金组织及性能的影响*
化该合金的晶粒、枝晶和骨骼状富铁第二相，具有优秀的除杂作用，并显著提高合金的性能。电磁场技术在半固态合金加工中的应用促进了制备工艺的开发和创新［9］，因其与合金熔体非接触、零污染、操作简单等优点，有研究表明电磁搅拌对铜合金的铸态组织也有明显改善作用［10-11］。索小娟［12］等研究了不同电磁搅拌频率对A356铝合金试样晶粒大小和形状的影响。发现电磁搅拌对试样的晶粒有明显的细化作用,对晶粒的形状有一定改善作用；随电磁搅拌频率的增加晶粒的尺寸大小呈现出先降低
铜业工程 2022年1期2022-04-13
- 美科研团队开发出新型低成本铝硫电池
的最大问题之一是枝晶的形成。枝晶是在一个电极上形成的窄金属尖峰，最终会生长到另一个电极上，从而导致短路并影响效率。科研团队使用氯铝酸盐解决了这一问题，在高速充电实验中（在不到1min的时间内充电），从未因枝晶短路而损坏电池。实验表明，该电池极高的充电率可以承受数百次循环，其充电速率很大程度上取决于工作温度，110℃的充电速率是25℃的25倍。更重要的是，这种电池不需要外部热源来维持其工作温度，所需热量是通过电池的充放电以电化学方式自然产生的。
铝加工 2022年5期2022-03-24
- 升温和脉冲充电对锂枝晶生长抑制作用的数值分析
池的锂负极存在锂枝晶的问题，这严重阻碍了金属锂负极在工业上的发展和应用。锂枝晶会降低电池容量，造成极化增加，甚至刺穿隔膜，导致电池短路[1,3]。为了抑制锂枝晶的生长，研究人员做了各种各样的努力和尝试，如电解液改性[5-6]、人造固体电解质界面相(SEI)[7]、结构化负极[8-9]和调节充电方式[10]等。最近的研究[10-15]表明，脉冲充电和高温可以抑制锂枝晶生长。Sun等[16]研究发现，与恒流充电相比，脉冲电流在间歇期可以使锂离子均匀扩散，从而有
储能科学与技术 2022年3期2022-03-23
- 可充电电池中枝晶问题的相场模拟
表面不断生长出的枝晶很容易刺穿隔膜，引起电池内部短路，最终导致火灾和爆炸，这就对电池的安全性能提出了更高的要求。此外，枝晶的生长还会造成电池可逆容量的下降和库仑效率的降低[2]。可充电电池中枝晶的形成是个极其复杂的过程，与液相传质的离子扩散速率、前置转换的去溶剂化能、电荷转移的反应速率及电结晶中原子扩散行为等息息相关，涉及到电化学、热力学、动力学和结晶学等多个学科。目前关于可充电电池枝晶问题的研究方法主要分为理论模型、实验表征和计算模拟。实验表征方法可以采
储能科学与技术 2022年3期2022-03-23
- 锂枝晶的成核、生长与抑制
系列问题，其中锂枝晶的形成是一个关键问题。锂枝晶是由高度活泼的锂原子在成核位点与电解质/固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜之间的界面上进行不规则电沉积所产生的类似枝状的锂晶体。这种不规则的锂枝晶沉积引起了锂阳极表面的剧烈波动，从而导致了具有严重相迁移、电解质消耗和热积累的固体电解质界面的断裂/修复。这种微结构锂枝晶易失去与大块锂或集电器的电连接，并随后形成“死锂”，导致严重的容量损失[7-8]。此外，锂枝晶
化工学报 2022年1期2022-01-26
- 浅析锌铁液流电池锌枝晶研究现状及展望
液流电池存在着锌枝晶和面容量的技术问题尚不能完全攻破。本文将重点对锌铁液流电池中锌枝晶问题进行介绍和展望。1.锌铁液流电池现状锌铁液流电池的电解液作业pH范围比较宽，所以可以按照电解液的pH值不同将其分为碱性锌铁液流电池、中性锌铁液流电池和酸性锌铁液流电池[4-6]。锌铁液流电池最早是由美国的G.B.Adams等人于1979年提出来的一种活性物质为锌和氰化物的碱性电池[7]。但受锌枝晶问题和阳离子膜的高电阻值影响，电池的工作电流密度只有35mA/cm2，而
当代化工研究 2021年23期2022-01-08
- 金属-空气电池枝晶生长及其抑制方法研究进展
成的现象之一，而枝晶是晶体生长中的一个典型形态。枝晶是由于生长界面的稳定性遭到破坏而引起的[1]，它的成核与生长是一个复杂的体系，主要涉及电化学沉积以及金属凝固领域，而不同领域对于枝晶的研究也不同。一方面是金属或者合金凝固时会有微观组织(枝晶)的产生，枝晶的生长形貌会影响金属或合金材料的性能等；另一方面是电化学反应中金属负极在电池反复充放电过程中在其表面发生的金属再沉积，沉积产生的枝晶组织不断生长会严重影响电池的使用寿命和性能。因此准确认识和把握枝晶的生长
矿冶 2021年6期2022-01-07
- 基于元胞自动机-格子玻尔兹曼模型的枝晶碰撞行为模拟*
凝固过程中,游离枝晶在熔体中的运动行为是研究合金凝固组织形成过程的关键问题之一.元胞自动机-格子玻尔兹曼耦合模型是近年来进行凝固微观组织数值模拟的主要数值模型.本文改进了模拟枝晶生长的元胞自动机和格子玻尔兹曼模型,使其能够模拟过冷熔体中等轴晶的运动行为.改进的模型采用伽利略不变的动量交换法计算流体力,通过求解质心运动方程计算枝晶的运动位移,并通过动网格技术实现枝晶的运动,运用硬球模型处理枝晶的碰撞.采用该模型模拟了Al-4.7%Cu 合金过冷熔体中单枝晶的
物理学报 2021年23期2021-12-16
- 高锰钢微观偏析行为研究
可以清晰地观察到枝晶形貌。上图1是光学显微镜下观察到的枝晶形貌，图1（a）（b）是铸锭中心区域样品的枝晶形貌，图1（c）（d）是位于铸锭边部的枝晶形貌。从图1（a）和图1（b）中可以看出，位于铸锭中心区域的样品等轴晶明显，偶尔观察到树枝晶；而图1（c）和图1（d）可见明显的树枝晶，枝晶比较粗大，能够清晰看到二次枝晶。从光学显微镜观察结果看，样品A、样品B和样品C在铸锭边部同一位置取样表现出类似的规律，即发现较多的粗大树枝晶，等轴晶则较为少见。同时发现样品A
中国金属通报 2021年11期2021-11-02
- 热浸镀后的冷却速率对低碳钢薄板镀层锌花尺寸和形态的影响
添加Ti后，锌花枝晶分布均匀，促进了化合物层中合金相晶粒细化。研究表明，对于厚度≤1.2 mm的薄板，提高镀后冷却速率可有效减小锌花尺寸和枝晶间距，细化镀层组织，改善其表面形态［10-12］。为了探究冷却速率对低碳钢薄板GL镀层表面质量和锌花尺寸等的影响，本文采用热浸镀模拟试验机对低碳钢板进行了镀后以不同速率冷却的热浸镀铝锌硅试验，可为实际生产中低碳钢镀后冷却速率的确定提供理论依据。1 试验材料与方法1.1 热浸镀铝锌硅试验用基板为冷轧低碳钢钢板，尺寸22
上海金属 2021年5期2021-09-25
- 基于相场法模拟对流作用下Ni- Cu合金枝晶形貌
中对流行为对合金枝晶形貌及溶质分布的影响显著，且枝晶间的流体流动还直接影响溶质偏析、凝固疏松和孔洞等凝固缺陷的分布[1- 2]。相场法(phase field method, PFM)是基于热力学理论来描述系统动力学的演化过程，通过引入序参数来确定界面的固、液状态，从而避免跟踪界面这样复杂的计算任务，并具有将界面曲率、各向异性和动力学效应等隐性地包含在相场方程中等优点。因此，基于相场模拟方法探究不同对流条件下枝晶形貌的演变过程，对控制铸件的微观组织和力学性
上海金属 2021年4期2021-07-28
- 自适应有限元法对合金定向倾斜枝晶生长的相场法模拟
非平衡体系中由于枝晶形态不稳定而引起竞争效应的标准范式[2].在现代先进的材料制备工艺中，定向凝固技术已被广泛应用，其组织的演化规律对于实际生产具有重要的指导作用.与自由枝晶生长不同的是，定向凝固过程中晶体生长的方向性一方面取决于传热方向，另一方面取决于晶体学上的择优生长方向.例如在均匀过冷熔体中生长的晶体，由于向四周散热速度是一样的，因此其生长方向完全是由晶体界面能的各向异性来决定，晶体沿着界面能最低的方向能够快速生长，最终形成等轴形状的晶体.当热流方向
兰州理工大学学报 2021年3期2021-07-05
- 基于同步辐射成像技术的镁合金微结构演化研究进展
合金凝固过程中的枝晶形貌演化凝固(或液态制备)是金属材料重要的制备方法，铸造、焊接等传统的加工工艺以及当前先进的增材制造技术均涉及凝固过程。故对金属材料凝固过程中组织与结构演变机制的深入探究是获得高品质部件的重要基础。2.1 镁合金晶体凝固生长过程的同步辐射原位二维成像研究在镁合金凝固组织的探究方面，研究人员通过同步辐射X射线原位二维(2D)动态成像技术研究了不同冷速下Mg-6%Gd合金(质量分数，下文若未特别说明，皆为质量分数)中的枝晶晶体生长形态[6]
中国材料进展 2021年5期2021-06-29
- 助力锂金属电池发展的神奇隔膜
调控，从而解决锂枝晶的问题。此工作有望通过利用具有调控离子传输功能的隔膜来促进高性能锂金属电池的发展。抑制锂枝晶成核生长张倩倩团队的研究工作是从纳米通道隔膜抑制锂枝晶的成核生长开始的。那究竟什么是锂枝晶呢？锂枝晶其实是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，其生长会导致锂金属电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，影响锂金属电池的安全性和稳定性。形成锂枝晶的过程统称为“析锂”，这一过程将对锂金属电池带来不可逆的损耗。成核机制涉及锂枝晶开始成核的
科研成果与传播 2021年3期2021-04-16
- 横向约束对Fe-C合金凝固微观组织的相场法模拟
们的存在相当于对枝晶生长和共析组织形成进行一定的限制，对枝晶生长和共析组织形成过程中的热量传导、溶质扩散与界面的推进等都会产生影响.在上述背景下，国内外学者分别对横向限制条件下枝晶的生长进行了模拟研究.Fabietti等[5]通过研究横向约束对定向凝固条件下丁二腈凝固过程的影响，发现横向约束对枝晶间距和枝晶尖端生长速度有着重要影响.杜立飞[6]通过相场法模拟研究了横向限制存在下的纯金属Ni和Ni-Cu二元合金枝晶形貌的演化过程.王华明等[7]模拟研究了单晶
兰州理工大学学报 2020年5期2020-11-05
- 强磁场对定向凝固丁二腈枝晶生长速度的影响
0159)金属以枝晶生长的方式进行凝固，可以控制材料的晶粒取向，消除横向晶界，提升材料总体的力学性能[1]。枝晶作为典型的单相合金生长形态，在近几十年来受到广泛关注，而进行特殊条件下的枝晶生长控制技术成为科技工作者们的研究热点。当保持施加持续增大的压力时，枝晶经历了一个生长和再熔化的过程，当施加周期性的增压压力时，由于有效过冷度的变化，枝晶重新生长并周期性地熔化[2]。急冷条件下的快速凝固，可以大幅度提高过冷度，随着冷却速度的增加，形核率变大，凝固组织有明
沈阳理工大学学报 2020年2期2020-08-01
- 相场参数对TiAl合金枝晶组织的影响
中会出现较明显的枝晶组织,影响合金的性能,从而限制合金的使用和发展[3]。因此认识合金的微观凝固组织,控制合金的组织结构,对优化合金质量、提高合金性能有着重要意义[4]。微观组织的演化是一个比较复杂的动态过程,既涉及到宏观尺度上的传热及动量传输,又涉及到微观尺度上的晶粒生长与晶体成核。通过传统的试验方法不仅耗时,还浪费财力人力。采用计算机模拟微观组织,具有效率高,成本低的优点,已成为研究合金凝固过程的热点方法之一[5]。金属的凝固过程中存在复杂的界面形态与
沈阳师范大学学报(自然科学版) 2020年1期2020-05-07
- 改进元胞自动机法数值模拟高温合金凝固过程枝晶生长行为
规律，尤其是微观枝晶的生长及其杂晶的形成规律。采用数值模拟技术预测铸件凝固组织演变过程可有效解决这一问题。近年来，研究人员围绕凝固枝晶组织的生长过程进行了大量模拟研究，其中数值模拟方法主要包括蒙特卡洛法、界面追踪法、相场法及元胞自动机(CA)法[4]。蒙特卡洛法计算效率高，但难以精确描述枝晶微观生长形貌。界面追踪法和相场法虽然能精确再现枝晶形貌，但由于数值计算效率不高而受到一定的使用限制。CA法则兼具枝晶形貌描述准确和计算效率高的优点，因而广泛应用于铸件枝
机械工程材料 2020年2期2020-03-04
- PMO对连铸GCr15轴承钢枝晶生长的影响
，铸坯局部区域的枝晶形态发生变化，该区域位于PMO处理时的固/液界面附近，因此将其定义为PMO处理区。廖希亮等[6]利用定向凝固技术研究了脉冲电流对Al-4.5%Cu(质量分数，下同)合金晶体生长的影响，发现脉冲电流电传输及引起的对流，使界面前沿液相中的溶质浓度降低，溶质聚集层厚度减小，并且随脉冲电流的增加，固/液界面前沿液相中的溶质浓度单调递减，溶质有效分配系数降低。常国威等[7-9]通过对定向凝固过程中电流作用的实践和理论探讨，认为电流通过提高固/液界
上海金属 2019年5期2019-10-09
- 枝晶纳米银的电化学葡萄糖检测
用电沉积方法制备枝晶结构的银纳米材料用以修饰玻碳电极，以制备高灵敏度的无酶葡萄糖电化学传感器。1 实验部分1.1 试剂和仪器CS2350H电化学工作站(中国，武汉科思特公司)；扫描显微镜(FESEM，日本，Hitachi公司)；ULUP优普系列超纯水器(中国，西安优普仪器设备有限公司)；FX550超声波破碎仪(美国，BRANSON公司)；SFA2204B电子天平(中国，上海精科天美科学仪器有限公司)；KQ-300DE数控超声波清洗机(中国，超声仪器有限公司
太原理工大学学报 2019年5期2019-09-19
- 浓度相关的扩散系数对定向凝固枝晶生长的影响*
合金凝固过程中,枝晶是最典型的微观结构特征,直接影响着材料的加工过程及使用性能.定向凝固是定量研究枝晶生长行为的重要手段,也是获得具有特殊取向和优异性能的材料的重要方式.因此,揭示定向凝固过程中枝晶生长形貌的演化规律,对揭示材料组织演化和凝固技术的发展具有重要意义.有很多学者对定向凝固枝晶生长进行了深入的研究,提出了相关的理论模型,如Bower-Brody-Fleming模型[1]、Burden-Hunt模型[2]、Burden-Hunt-Laxmanan
物理学报 2019年16期2019-08-29
- 电池短路后也能“自恢复”
一样，锌负极的“枝晶问题”是其商业化发展道路上的一大难关。锌负极在不断充放电过程中，会产生不规则的锌枝晶，这种“树状结构”的枝晶会在循环过程中不断生长，最终刺穿电池的膜，造成电池短路，严重影响电池的循环寿命。如何抑制锌枝晶呢？科研人员想出了一个办法：通过膜结构和电解液的优化让产生的锌枝晶不能穿过膜；或者将部分已经穿过膜的锌枝晶自动消除。这种新的思路看似反其道而为之，实际上则是顺势而为，为锌基电池负极稳定性提高提供了新途径。在这一思路的指导下，中科院大连化物
创新时代 2018年6期2018-07-16
- 交流电沉积原位制备Au/Cu双金属SERS探测器
/Ag双金属纳米枝晶SERS探测器，结果表明双金属探测器具有更高的拉曼活性[10]；Shankar等[12]制备了金核银壳的纳米颗粒，提高了SERS探测器的性能；阚义德等[13]利用脱合金法制备纳米多孔金属SERS探测器，发现这种能与被测分子充分接触的结构，具有更高的拉曼活性；阮伟东等[14]制备的具有多孔结构的SERS基底，也显著提高了生物分子的检测水平。综合考虑到Au/Cu双金属SERS探测器有望通过酸腐蚀工艺[15]制备更高效的多孔金纳米枝晶探测器，
中国测试 2018年6期2018-07-05
- 纵向磁场对Co- 8.8Al- 9.8W- 2Ta钴基高温合金定向凝固组织的影响
2Ta合金一次枝晶间距的影响。1 试验材料与方法试验用钴基高温合金选用纯度为99.9%以上的Co、Al、W、Ta金属原料配制，成分为(原子分数，%)8.8 Al，9.8 W，2 Ta ，Co 余量。在真空感应炉中熔炼，浇铸成φ150 mm×260 mm的棒状铸锭，在其上切取尺寸为φ3.9 mm×130 mm的试样，将表面用砂纸打磨，去除杂质和氧化层后，再用丙酮清洗后装入内径为4 mm的刚玉坩埚中。磁场中的定向凝固试验装置主要由超导磁体和Bridgman定
上海金属 2018年3期2018-05-29
- 深过冷条件下Co7Mo6金属间化合物的枝晶生长和维氏硬度研究∗
6金属间化合物的枝晶生长速度,探索了其形貌特征及维氏硬度,并对合金熔体凝固动力学进行了理论计算,旨在研究深过冷条件下该合金的快速凝固机制、初生相形貌转变及其力学性能,为制备新型高温结构材料提供理论依据.2 实验方法利用电磁悬浮和自由落体两种深过冷方法实现了液态Co-50%Mo过共晶合金的快速凝固.为了抑制固有杂质所引起的异质形核现象,母合金采用高纯Co(99.999%)和Mo(99.95%)在超高真空电弧炉中熔配而成,每个合金样品质量约0.6 g.在电磁悬
物理学报 2018年4期2018-03-26
- 定向凝固Fe-Mn-C-Al系TWIP钢枝晶生长行为的研究
l系TWIP钢的枝晶生长行为进行了研究，对于TWIP钢的基础研究具有重要意义。1 实验方法1.1 实验材料和设备将工业纯铁、锰、铝和碳作为原料，在真空感应炉中熔炼并使用铸铁模进行真空浇注，得到25 kg Fe-Mn-C-Al TWIP钢铸锭，切除冒口。铸锭形状尺寸和取样位置如图1所示。在S1和S2位置取钻屑，以这两个位置的平均成分作为铸锭的成分。在图示位置取6根Φ6×100 mm的棒状试样用于定向凝固试验，定向凝固样品的取样位置都靠近铸锭外表面，故而钻屑S
河南冶金 2017年6期2018-01-17
- 锂枝晶的原位观测及生长机制研究进展
佳琦，张 强锂枝晶的原位观测及生长机制研究进展沈 馨1,2，张 睿1，程新兵1，管 超1,3，黄佳琦2，张 强1（1清华大学化学工程系，北京 100084；2北京理工大学前沿交叉科学研究院，北京 100081；3清华大学机械工程系，北京 100084）随着人们对储能设备需求的日益增加，开发高能量密度的二次电池受到了广泛的关注。金属锂以其低密度、高理论比容量、最低的还原电势等优势成为高性能二次电池电极材料的首选。然而，枝晶生长及其随之而来的电池安全隐患和循
储能科学与技术 2017年3期2017-10-14
- 超声功率-凝固压力协同作用对真空差压铸造铝合金二次枝晶间距的影响
压铸造铝合金二次枝晶间距的影响严青松，芦 刚，李 成，沈加利(南昌航空大学 航空制造工程学院，南昌 330063)通过测试与分析不同超声功率与凝固压力下真空差压铸造ZL114A铝合金的二次枝晶间距，研究超声功率与凝固压力协同作用对真空差压铸造铝合金二次枝晶间距的影响，建立真空差压铸造ZL114A铝合金二次枝晶间距与超声功率及凝固压力的关系。结果表明：在超声功率和凝固压力协同作用下，超声效应与凝固压力挤渗效应共同影响真空差压铸造铝合金二次枝晶间距；在超声功率
中国有色金属学报 2017年1期2017-03-02
- Fe-C等温凝固中的枝晶生长的溶质俘获相场法模拟
-C等温凝固中的枝晶生长的溶质俘获相场法模拟张超彦1，秋艳1，佟乐乐2（1.徐州工业职业技术学院，江苏徐州221100；2.中北大学材料学院，山西太原030051）采用模拟相场法模拟了C的质量分数为1%的铁碳合金等温凝固过程中枝晶生长和溶质分布及溶质俘获对其的影响，研究枝晶尖端半径大小和生长速度之间的关系。结果表明，初始枝晶的溶质浓度最低，二次枝晶之间的区域溶质浓度最高。枝晶生长包括生长和成熟阶段，枝晶的尖端半径大小与生长速度成反比。受溶质俘获的影响，枝晶
铸造设备与工艺 2016年5期2016-11-26
- 锂离子吸附行为调控抑制金属锂负极枝晶生长
控抑制金属锂负极枝晶生长刘忠范 (北京大学化学与分子工程学院，北京大学纳米化学研究中心，北京100871)[Highlight]www.whxb.pku.edu.cn锂离子电池储能具有高能量密度和便携的优势，经过20年的发展逐步获得了市场的广泛认可，在个人电子设备、电动汽车等领域实现了规模应用。在已知电极材料中，锂金属负极以3860 mAh∙g－1的高容量和最负的电势(－3.040 V(vs标准氢电极))而成为储能界的“圣杯”，受到研究人员的广泛关注。在2
物理化学学报 2016年4期2016-09-05
- Al-4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟
4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟张敏，徐蔼彦，汪强，李露露(西安理工大学 材料科学与工程学院，西安 710048)改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型，新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长；在枝晶生长过程中，将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分；并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中，单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向
材料工程 2016年6期2016-08-16
- 过冷度对Ni-Cu合金枝晶偏析影响的相场法模拟
对Ni-Cu合金枝晶偏析影响的相场法模拟侯超杰，靳玉春，赵宇宏，侯 华，佟乐乐 （中北大学 材料科学与工程学院，太原 030051）采用耦合热扰动的相场模型，对Ni-Cu合金枝晶生长中的枝晶形貌和微观偏析进行计算和分析，并研究过冷度对其凝固过程中溶质分布的影响。结果表明：随着过冷度的增加，二次枝晶变的更发达，枝晶主干变细，一次枝晶干轴对称中心处的溶质浓度升高，一次枝晶干和二次枝晶臂间富集的溶质更多。过冷度越大，固液界面前沿溶质扩散层越薄，枝晶的微观偏析越严
中国有色金属学报 2016年1期2016-08-05
- 金属学与金属工艺
程形核模型建立及枝晶生长过程数值模拟陈瑞，许庆彦，柳百成，等针对铝合金砂型铸造较低冷速特点，通过实测和分析不同凝固条件下的冷却曲线，建立了适用于铝合金形核密度随最大形核过冷度呈指数性变化的形核函数.通过与热力学、动力学、平衡相图数据库相耦合，并利用空间坐标变化等算法，建立了适用于三元铝合金二维、三维枝晶生长的CA模型.在该模型中，同时考虑了溶质扩散、成分过冷、曲率过冷、晶体择优取向以及不同组元之间相互作用等重要因素的影响.利用建立的形核和生长模型，模拟了
中国学术期刊文摘 2015年15期2015-10-31
- 锂离子电池电极中锂枝晶的实时原位观测
沉积速度，导致锂枝晶的生成，最终引发安全问题，在商用电池中表现为刺穿隔膜造成内短路。国内外已有很多针对锂枝晶的研究报道。对于电池运行过程会生成锂枝晶的问题，很多研究者希望从根源上解决。Ding等[1]提出可以借用自愈合静电屏蔽机理从根源上控制锂枝晶的产生。陈玲等[2]提出可以用双向脉冲充电法抑制锂枝晶生成。Mayers等[3]使用松散晶界模拟模型研究锂金属二次电池的锂沉积，模型考虑了电沉积动力学的异质和非平衡态本性。该模型也指出脉冲电压充电可抑制锂枝晶的生
储能科学与技术 2015年1期2015-09-21
- 丁二腈枝晶生长的原位观察
0050）丁二腈枝晶生长的原位观察侯宁,张建斌* （兰州理工大学材料科学与工程学院,兰州730050）材料科学中的一个关键问题就是如何预测凝固过程中出现的微观组织，进而实现凝固过程控制,枝晶是凝固过程中普遍存在的一种微观组织，而温度和溶质分布决定着枝晶的生长形态，影响着枝晶的形貌。本文选用与金属凝固行为相似的丁二腈凝固原位观察。研究丁二腈在不同温度梯度下凝固过程中的枝晶生长状况，以及溶质乙醇加入丁二腈时对晶体形态的影响。通过自制的实验观测系统, 进行实时观
山东工业技术 2015年3期2015-07-26
- 枝晶生长过程的相场方法模拟研究
030024)枝晶生长过程的相场方法模拟研究张晨辉，杨斌鑫(太原科技大学应用科学学院，太原 030024)采用相场方法对金属枝晶的生长过程进行数值模拟。用凝固相场方程描述过冷条件下枝晶生长的物理过程，同时在相场方程中耦合温度场方程以体现凝固过程中释放的潜热对相变的影响。采用有限差分法进行求解，讨论了松弛时间、方向角、界面宽度、熔点、各向异性、潜热等因素对枝晶的形状和生长的影响。结果表明，随着松弛时间、界面宽度和熔点的逐渐增加，晶体的生长速率也在逐渐增加，
太原科技大学学报 2015年2期2015-06-23
- 对流作用下镁合金凝固组织演变的数值模拟
要影响，而镁合金枝晶组织是最常见的显微组织。因此，研究液相流动对枝晶组织的形貌、生长及分布的影响对调控镁合金凝固组织，以致提高镁合金零件的性能有着重要作用。近些年，随着计算机技术的飞速发展，通过模拟技术研究微观组织的形貌与生长也得到了不断发展，常见的数值模拟模型包括相场模型(PF)和元胞自动机模型(CA)。国内外许多学者应用PF模型耦合流场计算了对流作用下枝晶的演变规律，研究内容由二维跨度到三维，并考虑了入流速度、浮升力等因素对枝晶演变过程的影响[3−10
中国有色金属学报 2015年4期2015-06-04
- 镁合金不同取向多枝晶生长相场法模拟
形成的显微组织，枝晶是镁合金最常见的凝固显微组织，其形貌特征决定着镁合金铸件的力学性能。采用微观组织数值模拟能够获得镁合金枝晶形貌、微观偏析等方面的信息，进而对镁合金的力学性能进行预测，并据此调整优化生产工艺，从而得到力学性能更优良的铸件。微观组织模拟的方法主要有确定性方法、CA法和相场法等。相场法由于在微观组织模拟方面的综合优势，已成为国内外微观组织模拟的热点。目前，学者所进行的微观组织模拟绝大部分是针对具有 FCC晶胞的金属(例如Ni、Al和Cu)。而
中国有色金属学报 2014年2期2014-12-15
- 美国学者提出锂电池枝晶成因新推测
在负极表面形成锂枝晶（树突状），不仅会缩减电池的电容量，还会导致短路等安全事故。研究者们已就抑制枝晶产生展开了广泛的探讨和研究。日前，美国能源局（DOE）下设的劳伦斯·伯克利（Lawrence Berkeley）国家实验室的研究人员采用先进光源ALS（Advanced Light Source）对枝晶生长过程进行研究。ALS是世界上紫外线和软X射线束流最亮的光源，其在X射线区产生的电磁谱光的亮度是太阳的10亿倍。实验条件：硬X射线单色光束（20～25 kV
无机盐工业 2014年1期2014-10-17
- 不同形状横向限制对枝晶间距影响作用的相场法模拟
的凝固过程中，树枝晶生长是一种最常见的方式，而枝晶间距又是表征凝固组织形态的重要特征参量，且材料的强度和韧性普遍受到枝晶间距因素的影响，枝晶间距的大小与组织中显微偏析、夹杂物的形成、微裂纹与缩松的产生等都有密切的关系，所以材料枝晶间距的研究一直是国内外学者普遍关注的课题。1997年，黄卫东等[4−5]通过定向凝固台阶变速试验验证了Al-Cu合金一次枝晶间距选择的历史相关性。翟慎秋等[6]研究了金属枝晶间距与枝晶生长速度、温度梯度的关系，发现各次枝晶间距与生
中国有色金属学报 2014年2期2014-06-04
- 镁合金微观偏析相场法定量数值模拟
很难观察和测定小枝晶区域内的溶质偏析。此外，分析模型对实际问题做了很多假设，因此，该方法不能特别准确地对实际现象进行描述。相场法作为目前国内外很受重视的模拟凝固微观组织的有力工具，通过相场与溶质场以及温度场的耦合，可以对镁合金凝固过程中的固相和液相的溶质偏析进行直接模拟预测，并据此调整优化生产工艺，从而得到力学性能更优良的铸件，所以，开展镁合金微观偏析相场法定量模拟分析具有很强的现实与学术意义。目前，KUNDIN等[3]和袁训锋等[4]所进行的微观组织模拟
中国有色金属学报 2014年1期2014-03-17
- 不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟
值模拟手段来模拟枝晶形貌及微观偏析，可以达到控制组织形态并且预测铸件性能的目的。目前在微观组织模拟方面主要的两种方法是元胞自动机(Cellular automaton)和相场法(Phase field)。其中，CA方法通过耦合实际温度场和溶质场，结合枝晶生长动力学理论以及随机形核与长大物理机理，能够描述晶粒度以及微观枝晶形貌，同时能够模拟确定铸造条件下的等轴晶生长、定向凝固柱状晶生长以及柱状晶-等轴晶转变等现象，因此，CA方法在最近的十几年以来得到了较为广
中国有色金属学报 2012年12期2012-12-14
- 合金定向凝固一次枝晶间距模拟
合金定向凝固一次枝晶间距模拟张显飞1,2, 赵九洲1(1. 中国科学院 金属研究所，沈阳 110016；2. 沈阳理工大学 材料科学与工程学院，沈阳 110159)建立二元合金树枝晶生长的二维元胞自动机模型，模拟丁二腈−2.5%(质量分数)乙醇定向凝固枝晶生长和一次枝晶间距选择过程。模拟结果表明：在给定的凝固条件下，定向凝固一次枝晶间距可在一个范围内变化，其具体取值与凝固历史具有相关性。在相同的温度梯度和不同冷却速度下，模拟给出的一次枝晶间距上、下限与实验
中国有色金属学报 2012年10期2012-09-26
- 射流电沉积镍中晶体形态的可控生长
射流电沉积改变了枝晶的树枝状分形生长特性，制备不同电流密度、摆动速度、NiSO4浓度和电解液温度时的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明：随着电流密度的增大，枝晶簇开始由分形生长形态向多孔交织形态转变，分形维数也随之增大。随着摆动速度的减小，枝晶簇向致密、均匀的多孔交织形态转变明显，分形维数逐渐增大。NiSO4浓度较小时，枝晶簇的分枝较多，形貌较为致密；NiSO4浓度最大时，气泡的析出量大大减少，枝晶簇的分枝显著减少，难以形成多孔交织的组织；分形维数随Ni
中国有色金属学报 2011年11期2011-11-30
- 枝晶形态逐层引导控制技术
沈理达, 黄因慧枝晶形态逐层引导控制技术王桂峰, 田宗军, 刘志东, 沈理达, 黄因慧(南京航空航天大学 机电学院，南京 210016)在采用摆动射流电沉积实现枝晶二维可控交织生长的基础上，利用扫描摆动射流电沉积，逐层引导枝晶在扫描方向上交织生长，在不同摆动次数和扫描步进步长时制备三维多孔的金属组织，并对其形态变化进行分析，同时建立枝晶逐层引导生长模型。结果表明：不同摆动次数和步进步长时，枝晶生长形态的变化验证了该枝晶逐层引导生长模型的正确性；摆动次数较小
中国有色金属学报 2011年9期2011-11-24
- 强界面能各向异性下二元Ni-Cu合金枝晶生长过程的相场法模拟
元Ni-Cu合金枝晶生长过程的相场法模拟袁训锋, 丁雨田(兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050)基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法，建立耦合溶质场和温度场的相场模型，模拟强界面能各向异性下Ni-Cu合金枝晶生长过程。结果表明：在强界面能各向异性作用下，界面方向枝晶生长不连续且枝晶出现棱角；由于枝晶尖端温度梯度和溶质梯度较大，枝晶生长迅速。当界面能各向异性强度低于临界值时，枝晶尖端生长
中国有色金属学报 2011年7期2011-11-24
- 相场法模拟强各向异性作用下二元合金枝晶生长
性作用下二元合金枝晶生长袁训锋, 丁雨田(兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室 兰州 730050)基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法，建立耦合溶质场和温度场的相场模型，模拟强界面能和界面动力学各向异性下Ni-Cu合金的枝晶生长过程。结果表明：两种各向异性均显著影响枝晶生长，在强界面动力学各向异性下，固相以类矩形方式沿〈110〉方向生长；在强界面能各向异性及同时存在两种各向异性下，固相以枝晶方式沿〈10
中国有色金属学报 2011年9期2011-11-24
- 熔体过热处理对AZ31镁合金凝固组织的影响
31镁合金的二次枝晶间距等组织特征差异；开发一种采用能谱分析结果计算Mg、Al和Zn等主要元素在一个枝晶单元内各个特征区域质量分数的方法，用以测评不同过热温度下凝固组织的成分均匀性。结果表明：当过热温度从750 ℃增加到900 ℃时，成分偏析减少，铸态组织中二次枝晶间距从13 μm减小到9 μm，多点随机显微硬度的平均值从36.5 HV增大到42.6 HV；AZ31镁合金较理想的熔体过热处理温度为900 ℃。AZ31镁合金；过热处理；凝固组织；枝晶间距；成
中国有色金属学报 2011年7期2011-11-23
- 凝固方向对单晶高温合金枝晶组织的影响
向对单晶高温合金枝晶组织的影响张龙飞,燕 平,赵京晨,曾 强,韩凤奎(钢铁研究总院,北京 100081)用籽晶法制备了沿不同晶体取向凝固的镍基单晶高温合金试样,研究了单晶中枝晶形貌和一次枝晶臂距随凝固取向的变化规律。结果表明:凝固方向偏离[001]取向小于15°时,枝晶排列比较规则,一次枝晶臂距随偏离角度增大而减小;偏离角度为25°时,部分二次枝晶臂阻断了相邻一次枝晶干的生长,导致一次枝晶臂距增大。沿[011]和[111]取向凝固的单晶中由于分别存在2个和
材料工程 2011年6期2011-10-30
- 金属型重力铸造铝合金缸盖关键部位二次枝晶间距研究
缸盖关键部位二次枝晶间距研究项大伟，张炳荣，田身军，徐帅（奇瑞汽车股份有限公司发动机工程研究院，安徽芜湖241009）文章重点分析了同一生产条件下同一发动机缸盖的不同关键位置的二次枝晶间距值，其结果表明,缸盖的金属型铸造工艺是符合发动机性能设计要求的，探讨了二次枝晶间距与铸造工艺、产品性能设计要求之间的关系。分析了整个缸盖毛坯铸件的凝固顺序，从而推断铸造工艺的合理性。铝合金缸盖；关键位置；二次枝晶间距二次枝晶间距是指铝合金金相组织中二次枝晶臂之间的距离。基
铸造设备与工艺 2010年4期2010-11-02