0I:10133745sm001-03x19纽020 第21业第2期 北京科技大学学报 VoL21 No.2 1999年 4月 Journal of University of Science und Technlogy Beijing Apr.1999 电流改变定向凝固单相合金枝晶间距机理 常国威)袁军平》王自东)胡汉起)薛庆国) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学冶金学院 摘要基于MS理论的基本思路建立了电流作用下的凝固界面形态稳定性动力学微分方程式， 并讨论了电流强度对稳定性及凝固过程达到稳定状态时所对应的扰动颜事的影利，在此基础上讨 论了电流改变定向凝固单相合金枝品间距的机理， 关输词定向展固：界面稳定性动力学；组织形貌 分类号TG249.7 对凝固过程中的固液界面施加电流作用，是 2400A,连续调整电流，重熔结束时控制其增加 控制晶体生长的方法之一”.随着电流强度的增 到2400A.自耗电极与结晶器直径比为0.65.取 加凝固组织变粗，当电流强度超过一定值后反而 铸锭纵向中心部位作低倍组织试样，用50%的盐 使凝固组织细化，文献[】，[3]也指出电流使组 酸水溶液在60~80℃下热侵30~40miD,观察其 织细化，但没有说明其机理.定向凝固过程中固 组织形态随电流增大所产生的变化， 液界面形态稳定性影响晶体生长方式，同时也影 实验结果如图1所示，由图可以看出铸锭底 响胞晶及枝晶间距的大小.关于凝固界面稳定 部组织粗大，而后沿铸锭的高度逐渐变细.即在 性的研究，早在60年代中期Mullins和Sekerka 这个图中可明显地看出随着电流的增加柱状晶 提出了极固界面稳定性动力学理论，即著名的 由粗变细的过程，这个结果与文献2]的结果是一 MS理论，它已经成为晶体生长的经典理论.最 致的 近王自东等人又提出了凝固界面形态稳定非线 性动力学理论.这些理论为晶体生长提供了理论 基础.但是电流如何通过对固液界面稳定性作用 而影响枝晶间距，目前还并不十分清楚.本文基 10 mm 于MS理论的基本思路，建立电流作用下凝固界 面稳定性动力学理论关系式，讨论电流强度对固 图1 电流作用下45铜定向凝固镜态任倍组织 液界面稳定性的影响，并以此为基础分析电流改 变枝品间距的机制，V为凝固速度：D为溶质的有 2电流作用下凝固界面稳定性动力 效扩散系数；角标L,S分别表示液体与固体， 学微分方程的建立 1实验方法及结果 在电流作用下的定向凝固中，忽略固相中溶 质的扩散，假定各物性参数为常数，坐标固定在 在电渣炉上进行定向凝固实验.为了减小铜 固液界面上，则系统的温度及浓度可由以下3个 制水冷结晶器的径向传热量对凝固组织的影响， 基本方程表示： 除适当地提高结品器出水温度外，还采用 PCOT:0n)=KV'Ts +vpC;VT,+S (1) 中100mm的结晶器，这样在铸锭的中心区域可以 PCH(OT /00)=KVT+Vp CVT+S:(2) 获得完整的定向凝固组织.采用CaF:AlO,(质量 OC/01=DVC+VVC (3) 比)为7：3的二元液渣启动电渣炉重熔100mm高 式中：T为温度；C为溶质浓度：t为时间：a金属的 的45·铜锭.输人电压为40V,重熔电流为0~ 导温系数：S为金属单位体积，单位时间的发热 1998-8-08收腐常国照男，38岁，博士生 量，S。=产/K,I为电流密度，K为物体的电导 ◆国享自然科学蓄童责助课题(No.59604003)DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．02．050