9.影響非均勻形核形核率的因素

《9.影響非均勻形核形核率的因素》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、形核率非均勻形核的形核率與均勻形核的相似，但除了受過冷度和溫度的影響外，還受固態(tài)雜質(zhì)的結構、數(shù)量和形貌及其它一些物理因素的影響。過冷度的影響非均勻形核和均勻形核形核率和所需過冷度的比較：l由于非均勻形核所需的形核功很小，因此在較小的過冷度條件下，當均勻形核還微不足道吋，非均勻形核就明顯開始了。l圖2-15為均勻形核與非均勻形核的形核率隨過冷冷度變化的比較。從兩者的對比可知，n當非均勻形核的形核率相當可觀時，均勻形核的形核率還幾乎是零，n并在過冷度約為時，非均勻形核具有最大的形核率，這只相當于均勾形核達到最大形核率時，所需過冷度的十分之一非均勻形核形核率可能中止或

2、超過最大值：由于非均勻形核取決于適當?shù)膴A雜物質(zhì)點的存在，因此其形核率可能越過最大值，并在高的過冷度處中斷，這是因為在非均勻形核時，晶核在夾雜物底面上的分布，逐漸使那些有利于新晶核形成的表面減少。當可被利用的形核基底全部被晶核所覆蓋時，非均勻形核也就中止了。固體雜質(zhì)結構的影響接觸角和形核率：非均勻形核的形核功與接觸角有關，角越小，形核功越小，形核率越高影響接觸角的因素：由式2.14可知，接觸角的大小取決于液體、晶核及固態(tài)雜質(zhì)三者之間表面能的相對大小，即。當液態(tài)金屬確定之后，便固定不變，那么接觸角便只取決于的差值。為了獲得較小的接觸角，應使趨近于1。只有當越小時，便

3、越接近于，才能越接近于1。也就是說，固態(tài)質(zhì)點與晶核的表面能越小，它對形核的催化效應就越高。影響固態(tài)質(zhì)點與晶核的表面能的因素：1.取決于品核（晶體）與固態(tài)雜質(zhì)的結構（原子排列的幾何形狀，原子的大小、原子間的距離等）上的相似程度。2.兩個相互接觸的晶面結構越近似，它們之間的表面能就越小，即使只在接觸面的某一個方向上的原子排列配合的比較好，也會使表面能降低一些。3.這樣的條件(結構相似、尺寸相當）稱為點陣匹配原理，凡滿足這個條件的界面，就可能對形核起到催化作用，它本身就是良好的形核劑，或稱為活性質(zhì)點。點陣匹配原理：1.這樣的條件(結構相似、尺寸相當）稱為點陣匹配原理，

4、凡滿足這個條件的界面，就可能對形核起到催化作用，它本身就是良好的形核劑，或稱為活性質(zhì)點。2.應當指出，點陣匹配原理已為大量的實驗所證明，但在實際應用時有時會出現(xiàn)例外的情況，尚有待于進一步研究。在鑄造生產(chǎn)中，往往在澆注前加入形核劑，增加非均勻形核的形核率，以達到細化晶粒的目的1.例如鋯能促進鎂的非均勻形核，這是因為兩者都具有密排六方晶格。鎂的晶格常數(shù)為A=0.320221101nm，C=0.51991nm；鋯的晶格常數(shù)為A=0.3223nm，C=0.5123nm，兩者的大小很相近。而且鋯的熔點是1855度遠高于鎂的熔點659度。所以，在液態(tài)鎂中加入很少量的鋯，就可

5、大大提高鎂的形核率。2.又如，鐵能促進銅的非均勻形核，這是因為，在銅的結晶溫度1083以下，和Cu都具有面心立方晶格，而且品格常數(shù)相近：CCCC。所以在液態(tài)銅中加入少量的鐵，就能促進銅的非均勻形核。3.再如，鈦在鋁合金中是非常有效的形核劑，鈦在鋁合金中形成，它與鋁的晶格類型不同：鋁為面心立方晶格，晶格常數(shù)A=0.405nm，為正方晶格，晶格常數(shù)A=B=0.543nm，C=0.859nm。不過當時，鋁的晶格只要旋轉45度，即時，即可與較好對應(圖2.16)，從而有效地細化鋁的晶粒組織。固體雜質(zhì)形貌的影響固體雜質(zhì)表面的形狀：固體雜質(zhì)表面的形狀各種冬樣，有的呈凸曲面，

6、有的呈凹曲面，還有的為深孔，這些基面具有不同的形核率。不同的表面形狀具有不同的形核率三個不同形狀的固體雜質(zhì)上所形成的晶核體積不同：l例如有三個不同形狀的固體雜質(zhì)，如圖2-17所示，形成三個晶核，它們具有相同的曲率半徑和相同的角，但是三個晶核的體積卻不一樣。凹面上形成的晶核體積最小，平面上次之，凸面上最大l由此可見，在曲率半徑和接觸角都相同的情況下，晶核體積隨界面曲率的不同而改變。三個不同形狀的固體雜質(zhì)上的形核效能不同凹曲面的形核效能最髙，因為較小體積的晶胚便可達到臨界晶核半徑，平面居中，凸曲面的效能最低。三個不同形狀的固體雜質(zhì)上所需要的過冷度不同：因此，對于相同

7、的固體雜質(zhì)顆粒，若其表面曲率不同，它的催化作用也不同，在凹曲面上形核所需過冷度比在平面、凸面上形核所需過冷度都要小鑄型壁上的深孔或裂紋：鑄型壁上的深孔或裂紋是屬于凹曲面情況，在結晶凝固時，這些地方有可能成為促進形核的有效界面。過熱度的影響l過熱度是指熔點與液態(tài)金屬溫度之差。l液態(tài)金屬的過熱度對非均勻形核具有很大的影響：n當過熱度不大吋，可能不使現(xiàn)成質(zhì)點的表面狀態(tài)有所改變，這對非均勻形核沒有影響。n當過熱度較大時，有些質(zhì)點的表面狀態(tài)改變了，如質(zhì)點內(nèi)微裂縫及小孔減少，凹曲而變?yōu)槠矫?，使非均勻形核的核心?shù)目減少。n當過熱度很大時，將使固態(tài)雜質(zhì)質(zhì)點全部熔化，這就使非均勻

8、形核轉變?yōu)榫鶆蛐魏?，形?/p>