枝晶
- 液氫中固空枝晶生長(zhǎng)凝固定量相場(chǎng)法研究
實(shí)驗(yàn)未能得到固空枝晶的全過(guò)程生長(zhǎng)圖像,也未能直接得到枝晶生長(zhǎng)凝固過(guò)程中枝晶內(nèi)部和液相中氧溶質(zhì)的分布?？紤]到液氫的低溫及不穩(wěn)定性,通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲得固空枝晶微結(jié)構(gòu)演化和溶質(zhì)分布信息是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)的。幸運(yùn)的是,數(shù)值模擬方法如元胞自動(dòng)機(jī)(CA)、相場(chǎng)法等已成為復(fù)現(xiàn)枝晶凝固微觀結(jié)構(gòu)演化的有效手段[5-10]。課題組在先前的研究[11-12]中運(yùn)用格子玻爾茲曼和元胞自動(dòng)機(jī)耦合方法初步探索了固空枝晶生長(zhǎng)凝固行為,但所得到的固空枝晶形態(tài)較為簡(jiǎn)單,僅包含一次枝晶臂,并不能反
西安交通大學(xué)學(xué)報(bào) 2023年5期2023-06-15
- 鋅離子電池負(fù)極鋅枝晶抑制的研究進(jìn)展
鋅離子電池負(fù)極鋅枝晶抑制的研究進(jìn)展劉 海（成都大學(xué)， 四川 成都 610106）近些年來(lái)，因?yàn)楹兴娊庖旱匿\離子電池（ZIBs）具有高安全性、環(huán)境友好性、低成本和高能量密度等優(yōu)點(diǎn)而受到研究人員越來(lái)越多的關(guān)注。然而，鋅離子電池負(fù)極的不穩(wěn)定性阻礙了ZIBs在實(shí)際應(yīng)用中的可靠部署。主要針對(duì)ZIBs負(fù)極存在的鋅枝晶問(wèn)題，先簡(jiǎn)單介紹了ZIBs的基本知識(shí)以及鋅枝晶的發(fā)展。然后介紹了鋅枝晶的形成和生長(zhǎng)機(jī)理，并對(duì)鋅枝晶的抑制策略從鋅負(fù)極、電解液和隔膜三個(gè)方面在近年來(lái)的研
遼寧化工 2023年1期2023-03-12
- 強(qiáng)制對(duì)流影響下Fe-C 合金定向凝固微觀組織的相場(chǎng)法研究
觀視角來(lái)看，凝固枝晶生長(zhǎng)形態(tài)主要由微觀固液界面前沿的熱擴(kuò)散和溶質(zhì)擴(kuò)散決定[3-4].通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的方法盡管擁有直觀、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是卻無(wú)法揭示枝晶結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理.近年來(lái)，針對(duì)研究微觀組織演化的相場(chǎng)法被人們廣泛關(guān)注.其中，應(yīng)用相場(chǎng)法對(duì)定向凝固微觀組織生長(zhǎng)規(guī)律的探索已經(jīng)取得大量成果.Takaki 等[5]和Shibuta 等[6]通過(guò)結(jié)合超級(jí)計(jì)算機(jī)和并行算法觀察到在二元合金定向凝固過(guò)程中，三維空間內(nèi)不利于定向凝固的枝晶和高度復(fù)雜的枝晶之間具有相互作用
工程科學(xué)學(xué)報(bào) 2023年4期2023-01-07
- 超聲場(chǎng)中氣泡穩(wěn)態(tài)空化對(duì)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的作用機(jī)制*
中穩(wěn)態(tài)空化氣泡與枝晶間的相互作用,并結(jié)合數(shù)值模擬揭示了穩(wěn)態(tài)空化對(duì)枝晶生長(zhǎng)的影響機(jī)制.結(jié)果表明,穩(wěn)態(tài)空化能夠加速枝晶生長(zhǎng)、促使枝晶臂斷裂和吸附球狀晶生長(zhǎng).當(dāng)氣泡的遷移方向與枝晶生長(zhǎng)方向一致時(shí),氣泡振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的周期性高壓導(dǎo)致周圍熔體過(guò)冷,從而加速枝晶生長(zhǎng).當(dāng)穩(wěn)態(tài)空化氣泡向固相內(nèi)部遷移時(shí),其振蕩引發(fā)枝晶臂內(nèi)部產(chǎn)生大于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力,促使枝晶臂變形和斷裂.同時(shí)懸浮于固-液界面前沿的穩(wěn)態(tài)空化氣泡能夠在周圍液相中產(chǎn)生局部的周期性變化流場(chǎng)和高剪切力,使得鄰近的枝晶碎
物理學(xué)報(bào) 2022年24期2022-12-31
- 鋰枝晶生長(zhǎng)及抑制策略研究
過(guò)程中不可控的鋰枝晶生長(zhǎng)。根據(jù)鋰金屬沉積形貌，可以把鋰枝晶分為“苔蘚”鋰和樹(shù)枝狀鋰枝晶?！疤μ\”鋰造成疏松的鋰沉積，帶來(lái)體積膨脹和鋰離子傳輸困難、電解液消耗等問(wèn)題；樹(shù)枝狀鋰枝晶會(huì)導(dǎo)致隔膜被刺穿，造成電池短路，引發(fā)熱失控甚至爆炸[11]。據(jù)此，充分理解鋰枝晶產(chǎn)生原因及生長(zhǎng)機(jī)制，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)抑制策略，對(duì)于推動(dòng)鋰金屬負(fù)極商業(yè)化具有重要意義。1 鋰枝晶的生長(zhǎng)鋰金屬負(fù)極在持續(xù)的循環(huán)過(guò)程中，主要存在體積膨脹、連續(xù)的副反應(yīng)及失控的鋰枝晶生長(zhǎng)[12-14]等問(wèn)題。其中，鋰枝晶
科技與創(chuàng)新 2022年24期2022-12-23
- 基于PF-LBM模型的自然對(duì)流影響枝晶生長(zhǎng)模擬
過(guò)冷度函數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)枝晶大小及生長(zhǎng)速度[1].由于其本身的特性無(wú)法對(duì)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中的隨機(jī)部分進(jìn)行模擬，應(yīng)用受到較大限制.隨后Brown等[2-3]建立的元胞自動(dòng)機(jī)模型，考慮了枝晶局部界面曲率的影響，增大了模擬尺度，定性地觀察了枝晶生長(zhǎng)過(guò)程，但此方法無(wú)法模擬復(fù)雜枝晶的準(zhǔn)確形貌，且對(duì)于體積過(guò)大、計(jì)算量大的鑄件無(wú)法達(dá)到計(jì)算要求.國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用相場(chǎng)法(PF)對(duì)微觀組織進(jìn)行模擬研究，定量模擬了宏觀作用下枝晶生長(zhǎng)，較好地捕捉了微觀組織動(dòng)力學(xué)演變過(guò)程的同時(shí)，研究各個(gè)參數(shù)對(duì)枝
蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年4期2022-09-05
- GH4742合金真空自耗重熔過(guò)程碳化物析出行為
偏析元素之一，在枝晶間區(qū)域大量富集，容易引起粗大碳化物以及（γ+γ′）共晶相等多種低熔點(diǎn)相的析出，且冷卻速率越低，偏析趨勢(shì)越嚴(yán)重[4-7]。因此，本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察分析GH4742 合金真空自耗熔煉的鑄錠不同位置碳化物析出相和微觀組織，利用MeltFlow-VAR 模擬軟件在相同冶煉參數(shù)下對(duì)合金鑄錠凝固過(guò)程進(jìn)行模擬還原。研究碳化物的析出與枝晶間距、冷卻速率和局部凝固時(shí)間之間的聯(lián)系。1 實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)合金為GH4742 合金，其主要成分見(jiàn)表1。對(duì)真空自耗
航空材料學(xué)報(bào) 2022年4期2022-08-04
- 定向凝固過(guò)程中單晶合金枝晶生長(zhǎng)的研究進(jìn)展
從平界面到胞晶、枝晶的界面形態(tài)轉(zhuǎn)變，其中枝晶生長(zhǎng)能對(duì)材料的性能和壽命起到?jīng)Q定性影響，特別是一次枝晶間距作為枝晶生長(zhǎng)形態(tài)中特別重要的表征尺寸，在近幾十年受到了研究者的廣泛關(guān)注。針對(duì)不同的合金體系，想要進(jìn)一步提高材料的性能需要結(jié)合合金本身的特性去研究分析，涉及材料內(nèi)部富含的元素種類和元素含量。史振學(xué)等［6］通過(guò)對(duì)鎳基單晶高溫合金研究發(fā)現(xiàn)，隨著Cr 含量增加，合金的一次枝晶間距并沒(méi)有明顯變化，共晶含量明顯增加，但合金組織的穩(wěn)定性降低。這表明合金的優(yōu)異性能取決于合
材料研究與應(yīng)用 2022年2期2022-05-23
- 電磁攪拌頻率對(duì)Cu-2Ag-0.04La合金組織及性能的影響*
化該合金的晶粒、枝晶和骨骼狀富鐵第二相，具有優(yōu)秀的除雜作用，并顯著提高合金的性能。電磁場(chǎng)技術(shù)在半固態(tài)合金加工中的應(yīng)用促進(jìn)了制備工藝的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新［9］，因其與合金熔體非接觸、零污染、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，有研究表明電磁攪拌對(duì)銅合金的鑄態(tài)組織也有明顯改善作用［10-11］。索小娟［12］等研究了不同電磁攪拌頻率對(duì)A356鋁合金試樣晶粒大小和形狀的影響。發(fā)現(xiàn)電磁攪拌對(duì)試樣的晶粒有明顯的細(xì)化作用,對(duì)晶粒的形狀有一定改善作用；隨電磁攪拌頻率的增加晶粒的尺寸大小呈現(xiàn)出先降低
銅業(yè)工程 2022年1期2022-04-13
- 美科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出新型低成本鋁硫電池
的最大問(wèn)題之一是枝晶的形成。枝晶是在一個(gè)電極上形成的窄金屬尖峰，最終會(huì)生長(zhǎng)到另一個(gè)電極上，從而導(dǎo)致短路并影響效率?？蒲袌F(tuán)隊(duì)使用氯鋁酸鹽解決了這一問(wèn)題，在高速充電實(shí)驗(yàn)中（在不到1min的時(shí)間內(nèi)充電），從未因枝晶短路而損壞電池。實(shí)驗(yàn)表明，該電池極高的充電率可以承受數(shù)百次循環(huán)，其充電速率很大程度上取決于工作溫度，110℃的充電速率是25℃的25倍。更重要的是，這種電池不需要外部熱源來(lái)維持其工作溫度，所需熱量是通過(guò)電池的充放電以電化學(xué)方式自然產(chǎn)生的。
鋁加工 2022年5期2022-03-24
- 升溫和脈沖充電對(duì)鋰枝晶生長(zhǎng)抑制作用的數(shù)值分析
池的鋰負(fù)極存在鋰枝晶的問(wèn)題，這嚴(yán)重阻礙了金屬鋰負(fù)極在工業(yè)上的發(fā)展和應(yīng)用。鋰枝晶會(huì)降低電池容量，造成極化增加，甚至刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路[1,3]。為了抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，研究人員做了各種各樣的努力和嘗試，如電解液改性[5-6]、人造固體電解質(zhì)界面相(SEI)[7]、結(jié)構(gòu)化負(fù)極[8-9]和調(diào)節(jié)充電方式[10]等。最近的研究[10-15]表明，脈沖充電和高溫可以抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。Sun等[16]研究發(fā)現(xiàn)，與恒流充電相比，脈沖電流在間歇期可以使鋰離子均勻擴(kuò)散，從而有
儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2022年3期2022-03-23
- 可充電電池中枝晶問(wèn)題的相場(chǎng)模擬
表面不斷生長(zhǎng)出的枝晶很容易刺穿隔膜，引起電池內(nèi)部短路，最終導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸，這就對(duì)電池的安全性能提出了更高的要求。此外，枝晶的生長(zhǎng)還會(huì)造成電池可逆容量的下降和庫(kù)侖效率的降低[2]?？沙潆婋姵刂?span id="syggg00" class="hl">枝晶的形成是個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，與液相傳質(zhì)的離子擴(kuò)散速率、前置轉(zhuǎn)換的去溶劑化能、電荷轉(zhuǎn)移的反應(yīng)速率及電結(jié)晶中原子擴(kuò)散行為等息息相關(guān)，涉及到電化學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和結(jié)晶學(xué)等多個(gè)學(xué)科。目前關(guān)于可充電電池枝晶問(wèn)題的研究方法主要分為理論模型、實(shí)驗(yàn)表征和計(jì)算模擬。實(shí)驗(yàn)表征方法可以采
儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2022年3期2022-03-23
- 鋰枝晶的成核、生長(zhǎng)與抑制
系列問(wèn)題，其中鋰枝晶的形成是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。鋰枝晶是由高度活潑的鋰原子在成核位點(diǎn)與電解質(zhì)/固體電解質(zhì)界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜之間的界面上進(jìn)行不規(guī)則電沉積所產(chǎn)生的類似枝狀的鋰晶體。這種不規(guī)則的鋰枝晶沉積引起了鋰陽(yáng)極表面的劇烈波動(dòng)，從而導(dǎo)致了具有嚴(yán)重相遷移、電解質(zhì)消耗和熱積累的固體電解質(zhì)界面的斷裂/修復(fù)。這種微結(jié)構(gòu)鋰枝晶易失去與大塊鋰或集電器的電連接，并隨后形成“死鋰”，導(dǎo)致嚴(yán)重的容量損失[7-8]。此外，鋰枝晶
化工學(xué)報(bào) 2022年1期2022-01-26
- 淺析鋅鐵液流電池鋅枝晶研究現(xiàn)狀及展望
液流電池存在著鋅枝晶和面容量的技術(shù)問(wèn)題尚不能完全攻破。本文將重點(diǎn)對(duì)鋅鐵液流電池中鋅枝晶問(wèn)題進(jìn)行介紹和展望。1.鋅鐵液流電池現(xiàn)狀鋅鐵液流電池的電解液作業(yè)pH范圍比較寬，所以可以按照電解液的pH值不同將其分為堿性鋅鐵液流電池、中性鋅鐵液流電池和酸性鋅鐵液流電池[4-6]。鋅鐵液流電池最早是由美國(guó)的G.B.Adams等人于1979年提出來(lái)的一種活性物質(zhì)為鋅和氰化物的堿性電池[7]。但受鋅枝晶問(wèn)題和陽(yáng)離子膜的高電阻值影響，電池的工作電流密度只有35mA/cm2，而
當(dāng)代化工研究 2021年23期2022-01-08
- 金屬-空氣電池枝晶生長(zhǎng)及其抑制方法研究進(jìn)展
成的現(xiàn)象之一，而枝晶是晶體生長(zhǎng)中的一個(gè)典型形態(tài)。枝晶是由于生長(zhǎng)界面的穩(wěn)定性遭到破壞而引起的[1]，它的成核與生長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜的體系，主要涉及電化學(xué)沉積以及金屬凝固領(lǐng)域，而不同領(lǐng)域?qū)τ?span id="syggg00" class="hl">枝晶的研究也不同。一方面是金屬或者合金凝固時(shí)會(huì)有微觀組織(枝晶)的產(chǎn)生，枝晶的生長(zhǎng)形貌會(huì)影響金屬或合金材料的性能等；另一方面是電化學(xué)反應(yīng)中金屬負(fù)極在電池反復(fù)充放電過(guò)程中在其表面發(fā)生的金屬再沉積，沉積產(chǎn)生的枝晶組織不斷生長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重影響電池的使用壽命和性能。因此準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和把握枝晶的生長(zhǎng)
礦冶 2021年6期2022-01-07
- 基于元胞自動(dòng)機(jī)-格子玻爾茲曼模型的枝晶碰撞行為模擬*
凝固過(guò)程中,游離枝晶在熔體中的運(yùn)動(dòng)行為是研究合金凝固組織形成過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題之一.元胞自動(dòng)機(jī)-格子玻爾茲曼耦合模型是近年來(lái)進(jìn)行凝固微觀組織數(shù)值模擬的主要數(shù)值模型.本文改進(jìn)了模擬枝晶生長(zhǎng)的元胞自動(dòng)機(jī)和格子玻爾茲曼模型,使其能夠模擬過(guò)冷熔體中等軸晶的運(yùn)動(dòng)行為.改進(jìn)的模型采用伽利略不變的動(dòng)量交換法計(jì)算流體力,通過(guò)求解質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算枝晶的運(yùn)動(dòng)位移,并通過(guò)動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)枝晶的運(yùn)動(dòng),運(yùn)用硬球模型處理枝晶的碰撞.采用該模型模擬了Al-4.7%Cu 合金過(guò)冷熔體中單枝晶的
物理學(xué)報(bào) 2021年23期2021-12-16
- 高錳鋼微觀偏析行為研究
可以清晰地觀察到枝晶形貌。上圖1是光學(xué)顯微鏡下觀察到的枝晶形貌，圖1（a）（b）是鑄錠中心區(qū)域樣品的枝晶形貌，圖1（c）（d）是位于鑄錠邊部的枝晶形貌。從圖1（a）和圖1（b）中可以看出，位于鑄錠中心區(qū)域的樣品等軸晶明顯，偶爾觀察到樹(shù)枝晶；而圖1（c）和圖1（d）可見(jiàn)明顯的樹(shù)枝晶，枝晶比較粗大，能夠清晰看到二次枝晶。從光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果看，樣品A、樣品B和樣品C在鑄錠邊部同一位置取樣表現(xiàn)出類似的規(guī)律，即發(fā)現(xiàn)較多的粗大樹(shù)枝晶，等軸晶則較為少見(jiàn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)樣品A
中國(guó)金屬通報(bào) 2021年11期2021-11-02
- 熱浸鍍后的冷卻速率對(duì)低碳鋼薄板鍍層鋅花尺寸和形態(tài)的影響
添加Ti后，鋅花枝晶分布均勻，促進(jìn)了化合物層中合金相晶粒細(xì)化。研究表明，對(duì)于厚度≤1.2 mm的薄板，提高鍍后冷卻速率可有效減小鋅花尺寸和枝晶間距，細(xì)化鍍層組織，改善其表面形態(tài)［10-12］。為了探究冷卻速率對(duì)低碳鋼薄板GL鍍層表面質(zhì)量和鋅花尺寸等的影響，本文采用熱浸鍍模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)低碳鋼板進(jìn)行了鍍后以不同速率冷卻的熱浸鍍鋁鋅硅試驗(yàn)，可為實(shí)際生產(chǎn)中低碳鋼鍍后冷卻速率的確定提供理論依據(jù)。1 試驗(yàn)材料與方法1.1 熱浸鍍鋁鋅硅試驗(yàn)用基板為冷軋低碳鋼鋼板，尺寸22
上海金屬 2021年5期2021-09-25
- 基于相場(chǎng)法模擬對(duì)流作用下Ni- Cu合金枝晶形貌
中對(duì)流行為對(duì)合金枝晶形貌及溶質(zhì)分布的影響顯著，且枝晶間的流體流動(dòng)還直接影響溶質(zhì)偏析、凝固疏松和孔洞等凝固缺陷的分布[1- 2]。相場(chǎng)法(phase field method, PFM)是基于熱力學(xué)理論來(lái)描述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的演化過(guò)程，通過(guò)引入序參數(shù)來(lái)確定界面的固、液狀態(tài)，從而避免跟蹤界面這樣復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，并具有將界面曲率、各向異性和動(dòng)力學(xué)效應(yīng)等隱性地包含在相場(chǎng)方程中等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于相場(chǎng)模擬方法探究不同對(duì)流條件下枝晶形貌的演變過(guò)程，對(duì)控制鑄件的微觀組織和力學(xué)性
上海金屬 2021年4期2021-07-28
- 自適應(yīng)有限元法對(duì)合金定向傾斜枝晶生長(zhǎng)的相場(chǎng)法模擬
非平衡體系中由于枝晶形態(tài)不穩(wěn)定而引起競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范式[2].在現(xiàn)代先進(jìn)的材料制備工藝中，定向凝固技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，其組織的演化規(guī)律對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用.與自由枝晶生長(zhǎng)不同的是，定向凝固過(guò)程中晶體生長(zhǎng)的方向性一方面取決于傳熱方向，另一方面取決于晶體學(xué)上的擇優(yōu)生長(zhǎng)方向.例如在均勻過(guò)冷熔體中生長(zhǎng)的晶體，由于向四周散熱速度是一樣的，因此其生長(zhǎng)方向完全是由晶體界面能的各向異性來(lái)決定，晶體沿著界面能最低的方向能夠快速生長(zhǎng)，最終形成等軸形狀的晶體.當(dāng)熱流方向
蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2021年3期2021-07-05
- 基于同步輻射成像技術(shù)的鎂合金微結(jié)構(gòu)演化研究進(jìn)展
合金凝固過(guò)程中的枝晶形貌演化凝固(或液態(tài)制備)是金屬材料重要的制備方法，鑄造、焊接等傳統(tǒng)的加工工藝以及當(dāng)前先進(jìn)的增材制造技術(shù)均涉及凝固過(guò)程。故對(duì)金屬材料凝固過(guò)程中組織與結(jié)構(gòu)演變機(jī)制的深入探究是獲得高品質(zhì)部件的重要基礎(chǔ)。2.1 鎂合金晶體凝固生長(zhǎng)過(guò)程的同步輻射原位二維成像研究在鎂合金凝固組織的探究方面，研究人員通過(guò)同步輻射X射線原位二維(2D)動(dòng)態(tài)成像技術(shù)研究了不同冷速下Mg-6%Gd合金(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下文若未特別說(shuō)明，皆為質(zhì)量分?jǐn)?shù))中的枝晶晶體生長(zhǎng)形態(tài)[6]
中國(guó)材料進(jìn)展 2021年5期2021-06-29
- 助力鋰金屬電池發(fā)展的神奇隔膜
調(diào)控，從而解決鋰枝晶的問(wèn)題。此工作有望通過(guò)利用具有調(diào)控離子傳輸功能的隔膜來(lái)促進(jìn)高性能鋰金屬電池的發(fā)展。抑制鋰枝晶成核生長(zhǎng)張倩倩團(tuán)隊(duì)的研究工作是從納米通道隔膜抑制鋰枝晶的成核生長(zhǎng)開(kāi)始的。那究竟什么是鋰枝晶呢？鋰枝晶其實(shí)是鋰電池在充電過(guò)程中鋰離子還原時(shí)形成的樹(shù)枝狀金屬鋰，其生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致鋰金屬電池在循環(huán)過(guò)程中電極和電解液界面的不穩(wěn)定，影響鋰金屬電池的安全性和穩(wěn)定性。形成鋰枝晶的過(guò)程統(tǒng)稱為“析鋰”，這一過(guò)程將對(duì)鋰金屬電池帶來(lái)不可逆的損耗。成核機(jī)制涉及鋰枝晶開(kāi)始成核的
科研成果與傳播 2021年3期2021-04-16
- 橫向約束對(duì)Fe-C合金凝固微觀組織的相場(chǎng)法模擬
們的存在相當(dāng)于對(duì)枝晶生長(zhǎng)和共析組織形成進(jìn)行一定的限制，對(duì)枝晶生長(zhǎng)和共析組織形成過(guò)程中的熱量傳導(dǎo)、溶質(zhì)擴(kuò)散與界面的推進(jìn)等都會(huì)產(chǎn)生影響.在上述背景下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別對(duì)橫向限制條件下枝晶的生長(zhǎng)進(jìn)行了模擬研究.Fabietti等[5]通過(guò)研究橫向約束對(duì)定向凝固條件下丁二腈凝固過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)橫向約束對(duì)枝晶間距和枝晶尖端生長(zhǎng)速度有著重要影響.杜立飛[6]通過(guò)相場(chǎng)法模擬研究了橫向限制存在下的純金屬Ni和Ni-Cu二元合金枝晶形貌的演化過(guò)程.王華明等[7]模擬研究了單晶
蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2020年5期2020-11-05
- 強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)定向凝固丁二腈枝晶生長(zhǎng)速度的影響
0159)金屬以枝晶生長(zhǎng)的方式進(jìn)行凝固，可以控制材料的晶粒取向，消除橫向晶界，提升材料總體的力學(xué)性能[1]。枝晶作為典型的單相合金生長(zhǎng)形態(tài)，在近幾十年來(lái)受到廣泛關(guān)注，而進(jìn)行特殊條件下的枝晶生長(zhǎng)控制技術(shù)成為科技工作者們的研究熱點(diǎn)。當(dāng)保持施加持續(xù)增大的壓力時(shí)，枝晶經(jīng)歷了一個(gè)生長(zhǎng)和再熔化的過(guò)程，當(dāng)施加周期性的增壓壓力時(shí)，由于有效過(guò)冷度的變化，枝晶重新生長(zhǎng)并周期性地熔化[2]。急冷條件下的快速凝固，可以大幅度提高過(guò)冷度，隨著冷卻速度的增加，形核率變大，凝固組織有明
沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2020年2期2020-08-01
- 相場(chǎng)參數(shù)對(duì)TiAl合金枝晶組織的影響
中會(huì)出現(xiàn)較明顯的枝晶組織,影響合金的性能,從而限制合金的使用和發(fā)展[3]。因此認(rèn)識(shí)合金的微觀凝固組織,控制合金的組織結(jié)構(gòu),對(duì)優(yōu)化合金質(zhì)量、提高合金性能有著重要意義[4]。微觀組織的演化是一個(gè)比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程,既涉及到宏觀尺度上的傳熱及動(dòng)量傳輸,又涉及到微觀尺度上的晶粒生長(zhǎng)與晶體成核。通過(guò)傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法不僅耗時(shí),還浪費(fèi)財(cái)力人力。采用計(jì)算機(jī)模擬微觀組織,具有效率高,成本低的優(yōu)點(diǎn),已成為研究合金凝固過(guò)程的熱點(diǎn)方法之一[5]。金屬的凝固過(guò)程中存在復(fù)雜的界面形態(tài)與
- 改進(jìn)元胞自動(dòng)機(jī)法數(shù)值模擬高溫合金凝固過(guò)程枝晶生長(zhǎng)行為
規(guī)律，尤其是微觀枝晶的生長(zhǎng)及其雜晶的形成規(guī)律。采用數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測(cè)鑄件凝固組織演變過(guò)程可有效解決這一問(wèn)題。近年來(lái)，研究人員圍繞凝固枝晶組織的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了大量模擬研究，其中數(shù)值模擬方法主要包括蒙特卡洛法、界面追蹤法、相場(chǎng)法及元胞自動(dòng)機(jī)(CA)法[4]。蒙特卡洛法計(jì)算效率高，但難以精確描述枝晶微觀生長(zhǎng)形貌。界面追蹤法和相場(chǎng)法雖然能精確再現(xiàn)枝晶形貌，但由于數(shù)值計(jì)算效率不高而受到一定的使用限制。CA法則兼具枝晶形貌描述準(zhǔn)確和計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于鑄件枝
機(jī)械工程材料 2020年2期2020-03-04
- PMO對(duì)連鑄GCr15軸承鋼枝晶生長(zhǎng)的影響
，鑄坯局部區(qū)域的枝晶形態(tài)發(fā)生變化，該區(qū)域位于PMO處理時(shí)的固/液界面附近，因此將其定義為PMO處理區(qū)。廖希亮等[6]利用定向凝固技術(shù)研究了脈沖電流對(duì)Al-4.5%Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)合金晶體生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)脈沖電流電傳輸及引起的對(duì)流，使界面前沿液相中的溶質(zhì)濃度降低，溶質(zhì)聚集層厚度減小，并且隨脈沖電流的增加，固/液界面前沿液相中的溶質(zhì)濃度單調(diào)遞減，溶質(zhì)有效分配系數(shù)降低。常國(guó)威等[7-9]通過(guò)對(duì)定向凝固過(guò)程中電流作用的實(shí)踐和理論探討，認(rèn)為電流通過(guò)提高固/液界
上海金屬 2019年5期2019-10-09
- 枝晶納米銀的電化學(xué)葡萄糖檢測(cè)
用電沉積方法制備枝晶結(jié)構(gòu)的銀納米材料用以修飾玻碳電極，以制備高靈敏度的無(wú)酶葡萄糖電化學(xué)傳感器。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 試劑和儀器CS2350H電化學(xué)工作站(中國(guó)，武漢科思特公司)；掃描顯微鏡(FESEM，日本，Hitachi公司)；ULUP優(yōu)普系列超純水器(中國(guó)，西安優(yōu)普儀器設(shè)備有限公司)；FX550超聲波破碎儀(美國(guó)，BRANSON公司)；SFA2204B電子天平(中國(guó)，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)；KQ-300DE數(shù)控超聲波清洗機(jī)(中國(guó)，超聲儀器有限公司
太原理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2019年5期2019-09-19
- 濃度相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)定向凝固枝晶生長(zhǎng)的影響*
合金凝固過(guò)程中,枝晶是最典型的微觀結(jié)構(gòu)特征,直接影響著材料的加工過(guò)程及使用性能.定向凝固是定量研究枝晶生長(zhǎng)行為的重要手段,也是獲得具有特殊取向和優(yōu)異性能的材料的重要方式.因此,揭示定向凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)形貌的演化規(guī)律,對(duì)揭示材料組織演化和凝固技術(shù)的發(fā)展具有重要意義.有很多學(xué)者對(duì)定向凝固枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行了深入的研究,提出了相關(guān)的理論模型,如Bower-Brody-Fleming模型[1]、Burden-Hunt模型[2]、Burden-Hunt-Laxmanan
物理學(xué)報(bào) 2019年16期2019-08-29
- 電池短路后也能“自恢復(fù)”
一樣，鋅負(fù)極的“枝晶問(wèn)題”是其商業(yè)化發(fā)展道路上的一大難關(guān)。鋅負(fù)極在不斷充放電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的鋅枝晶，這種“樹(shù)狀結(jié)構(gòu)”的枝晶會(huì)在循環(huán)過(guò)程中不斷生長(zhǎng)，最終刺穿電池的膜，造成電池短路，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命。如何抑制鋅枝晶呢？科研人員想出了一個(gè)辦法：通過(guò)膜結(jié)構(gòu)和電解液的優(yōu)化讓產(chǎn)生的鋅枝晶不能穿過(guò)膜；或者將部分已經(jīng)穿過(guò)膜的鋅枝晶自動(dòng)消除。這種新的思路看似反其道而為之，實(shí)際上則是順勢(shì)而為，為鋅基電池負(fù)極穩(wěn)定性提高提供了新途徑。在這一思路的指導(dǎo)下，中科院大連化物
創(chuàng)新時(shí)代 2018年6期2018-07-16
- 交流電沉積原位制備Au/Cu雙金屬SERS探測(cè)器
/Ag雙金屬納米枝晶SERS探測(cè)器，結(jié)果表明雙金屬探測(cè)器具有更高的拉曼活性[10]；Shankar等[12]制備了金核銀殼的納米顆粒，提高了SERS探測(cè)器的性能；闞義德等[13]利用脫合金法制備納米多孔金屬SERS探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)這種能與被測(cè)分子充分接觸的結(jié)構(gòu)，具有更高的拉曼活性；阮偉東等[14]制備的具有多孔結(jié)構(gòu)的SERS基底，也顯著提高了生物分子的檢測(cè)水平。綜合考慮到Au/Cu雙金屬SERS探測(cè)器有望通過(guò)酸腐蝕工藝[15]制備更高效的多孔金納米枝晶探測(cè)器，
中國(guó)測(cè)試 2018年6期2018-07-05
- 縱向磁場(chǎng)對(duì)Co- 8.8Al- 9.8W- 2Ta鈷基高溫合金定向凝固組織的影響
2Ta合金一次枝晶間距的影響。1 試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)用鈷基高溫合金選用純度為99.9%以上的Co、Al、W、Ta金屬原料配制，成分為(原子分?jǐn)?shù)，%)8.8 Al，9.8 W，2 Ta ，Co 余量。在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成φ150 mm×260 mm的棒狀鑄錠，在其上切取尺寸為φ3.9 mm×130 mm的試樣，將表面用砂紙打磨，去除雜質(zhì)和氧化層后，再用丙酮清洗后裝入內(nèi)徑為4 mm的剛玉坩堝中。磁場(chǎng)中的定向凝固試驗(yàn)裝置主要由超導(dǎo)磁體和Bridgman定
上海金屬 2018年3期2018-05-29
- 深過(guò)冷條件下Co7Mo6金屬間化合物的枝晶生長(zhǎng)和維氏硬度研究?
6金屬間化合物的枝晶生長(zhǎng)速度,探索了其形貌特征及維氏硬度,并對(duì)合金熔體凝固動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了理論計(jì)算,旨在研究深過(guò)冷條件下該合金的快速凝固機(jī)制、初生相形貌轉(zhuǎn)變及其力學(xué)性能,為制備新型高溫結(jié)構(gòu)材料提供理論依據(jù).2 實(shí)驗(yàn)方法利用電磁懸浮和自由落體兩種深過(guò)冷方法實(shí)現(xiàn)了液態(tài)Co-50%Mo過(guò)共晶合金的快速凝固.為了抑制固有雜質(zhì)所引起的異質(zhì)形核現(xiàn)象,母合金采用高純Co(99.999%)和Mo(99.95%)在超高真空電弧爐中熔配而成,每個(gè)合金樣品質(zhì)量約0.6 g.在電磁懸
物理學(xué)報(bào) 2018年4期2018-03-26
- 定向凝固Fe-Mn-C-Al系TWIP鋼枝晶生長(zhǎng)行為的研究
l系TWIP鋼的枝晶生長(zhǎng)行為進(jìn)行了研究，對(duì)于TWIP鋼的基礎(chǔ)研究具有重要意義。1 實(shí)驗(yàn)方法1.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備將工業(yè)純鐵、錳、鋁和碳作為原料，在真空感應(yīng)爐中熔煉并使用鑄鐵模進(jìn)行真空澆注，得到25 kg Fe-Mn-C-Al TWIP鋼鑄錠，切除冒口。鑄錠形狀尺寸和取樣位置如圖1所示。在S1和S2位置取鉆屑，以這兩個(gè)位置的平均成分作為鑄錠的成分。在圖示位置取6根Φ6×100 mm的棒狀試樣用于定向凝固試驗(yàn)，定向凝固樣品的取樣位置都靠近鑄錠外表面，故而鉆屑S
河南冶金 2017年6期2018-01-17
- 鋰枝晶的原位觀測(cè)及生長(zhǎng)機(jī)制研究進(jìn)展
佳琦，張 強(qiáng)?鋰枝晶的原位觀測(cè)及生長(zhǎng)機(jī)制研究進(jìn)展沈 馨1,2，張 睿1，程新兵1，管 超1,3，黃佳琦2，張 強(qiáng)1（1清華大學(xué)化學(xué)工程系，北京 100084；2北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，北京 100081；3清華大學(xué)機(jī)械工程系，北京 100084）隨著人們對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備需求的日益增加，開(kāi)發(fā)高能量密度的二次電池受到了廣泛的關(guān)注。金屬鋰以其低密度、高理論比容量、最低的還原電勢(shì)等優(yōu)勢(shì)成為高性能二次電池電極材料的首選。然而，枝晶生長(zhǎng)及其隨之而來(lái)的電池安全隱患和循
儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2017年3期2017-10-14
- 超聲功率-凝固壓力協(xié)同作用對(duì)真空差壓鑄造鋁合金二次枝晶間距的影響
壓鑄造鋁合金二次枝晶間距的影響嚴(yán)青松，蘆 剛，李 成，沈加利(南昌航空大學(xué) 航空制造工程學(xué)院，南昌 330063)通過(guò)測(cè)試與分析不同超聲功率與凝固壓力下真空差壓鑄造ZL114A鋁合金的二次枝晶間距，研究超聲功率與凝固壓力協(xié)同作用對(duì)真空差壓鑄造鋁合金二次枝晶間距的影響，建立真空差壓鑄造ZL114A鋁合金二次枝晶間距與超聲功率及凝固壓力的關(guān)系。結(jié)果表明：在超聲功率和凝固壓力協(xié)同作用下，超聲效應(yīng)與凝固壓力擠滲效應(yīng)共同影響真空差壓鑄造鋁合金二次枝晶間距；在超聲功率
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2017年1期2017-03-02
- Fe-C等溫凝固中的枝晶生長(zhǎng)的溶質(zhì)俘獲相場(chǎng)法模擬
-C等溫凝固中的枝晶生長(zhǎng)的溶質(zhì)俘獲相場(chǎng)法模擬張超彥1，秋艷1，佟樂(lè)樂(lè)2（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221100；2.中北大學(xué)材料學(xué)院，山西太原030051）采用模擬相場(chǎng)法模擬了C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鐵碳合金等溫凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)和溶質(zhì)分布及溶質(zhì)俘獲對(duì)其的影響，研究枝晶尖端半徑大小和生長(zhǎng)速度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，初始枝晶的溶質(zhì)濃度最低，二次枝晶之間的區(qū)域溶質(zhì)濃度最高。枝晶生長(zhǎng)包括生長(zhǎng)和成熟階段，枝晶的尖端半徑大小與生長(zhǎng)速度成反比。受溶質(zhì)俘獲的影響，枝晶
鑄造設(shè)備與工藝 2016年5期2016-11-26
- 鋰離子吸附行為調(diào)控抑制金屬鋰負(fù)極枝晶生長(zhǎng)
控抑制金屬鋰負(fù)極枝晶生長(zhǎng)劉忠范 (北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京大學(xué)納米化學(xué)研究中心，北京100871)[Highlight]www.whxb.pku.edu.cn鋰離子電池儲(chǔ)能具有高能量密度和便攜的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展逐步獲得了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，在個(gè)人電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用。在已知電極材料中，鋰金屬負(fù)極以3860 mAh?g－1的高容量和最負(fù)的電勢(shì)(－3.040 V(vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極))而成為儲(chǔ)能界的“圣杯”，受到研究人員的廣泛關(guān)注。在2
物理化學(xué)學(xué)報(bào) 2016年4期2016-09-05
- Al-4%Cu凝固過(guò)程枝晶生長(zhǎng)的數(shù)值模擬
4%Cu凝固過(guò)程枝晶生長(zhǎng)的數(shù)值模擬張敏，徐藹彥，汪強(qiáng)，李露露(西安理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710048)改進(jìn)了模擬枝晶生長(zhǎng)常用的二維元胞自動(dòng)機(jī)和有限差分(CA-FD)模型，新模型引入擾動(dòng)函數(shù)來(lái)控制二、三次枝晶的生長(zhǎng)；在枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中，將溶質(zhì)濃度明確地分為液相溶質(zhì)濃度和固相溶質(zhì)濃度兩部分；并在溶質(zhì)再分配與擴(kuò)散過(guò)程中采用八鄰位差分以減少網(wǎng)格形狀導(dǎo)致溶質(zhì)擴(kuò)散的各向異性。模擬了Al-4%Cu二元合金過(guò)冷熔體中，單個(gè)和多個(gè)等軸晶沿不同擇優(yōu)方向生長(zhǎng)及單方向
材料工程 2016年6期2016-08-16
- 過(guò)冷度對(duì)Ni-Cu合金枝晶偏析影響的相場(chǎng)法模擬
對(duì)Ni-Cu合金枝晶偏析影響的相場(chǎng)法模擬侯超杰，靳玉春，趙宇宏，侯 華，佟樂(lè)樂(lè) （中北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030051）采用耦合熱擾動(dòng)的相場(chǎng)模型，對(duì)Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)中的枝晶形貌和微觀偏析進(jìn)行計(jì)算和分析，并研究過(guò)冷度對(duì)其凝固過(guò)程中溶質(zhì)分布的影響。結(jié)果表明：隨著過(guò)冷度的增加，二次枝晶變的更發(fā)達(dá)，枝晶主干變細(xì)，一次枝晶干軸對(duì)稱中心處的溶質(zhì)濃度升高，一次枝晶干和二次枝晶臂間富集的溶質(zhì)更多。過(guò)冷度越大，固液界面前沿溶質(zhì)擴(kuò)散層越薄，枝晶的微觀偏析越嚴(yán)
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2016年1期2016-08-05
- 金屬學(xué)與金屬工藝
程形核模型建立及枝晶生長(zhǎng)過(guò)程數(shù)值模擬陳瑞，許慶彥，柳百成，等針對(duì)鋁合金砂型鑄造較低冷速特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)測(cè)和分析不同凝固條件下的冷卻曲線，建立了適用于鋁合金形核密度隨最大形核過(guò)冷度呈指數(shù)性變化的形核函數(shù).通過(guò)與熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、平衡相圖數(shù)據(jù)庫(kù)相耦合，并利用空間坐標(biāo)變化等算法，建立了適用于三元鋁合金二維、三維枝晶生長(zhǎng)的CA模型.在該模型中，同時(shí)考慮了溶質(zhì)擴(kuò)散、成分過(guò)冷、曲率過(guò)冷、晶體擇優(yōu)取向以及不同組元之間相互作用等重要因素的影響.利用建立的形核和生長(zhǎng)模型，模擬了
中國(guó)學(xué)術(shù)期刊文摘 2015年15期2015-10-31
- 鋰離子電池電極中鋰枝晶的實(shí)時(shí)原位觀測(cè)
沉積速度，導(dǎo)致鋰枝晶的生成，最終引發(fā)安全問(wèn)題，在商用電池中表現(xiàn)為刺穿隔膜造成內(nèi)短路。國(guó)內(nèi)外已有很多針對(duì)鋰枝晶的研究報(bào)道。對(duì)于電池運(yùn)行過(guò)程會(huì)生成鋰枝晶的問(wèn)題，很多研究者希望從根源上解決。Ding等[1]提出可以借用自愈合靜電屏蔽機(jī)理從根源上控制鋰枝晶的產(chǎn)生。陳玲等[2]提出可以用雙向脈沖充電法抑制鋰枝晶生成。Mayers等[3]使用松散晶界模擬模型研究鋰金屬二次電池的鋰沉積，模型考慮了電沉積動(dòng)力學(xué)的異質(zhì)和非平衡態(tài)本性。該模型也指出脈沖電壓充電可抑制鋰枝晶的生
儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2015年1期2015-09-21
- 丁二腈枝晶生長(zhǎng)的原位觀察
0050）丁二腈枝晶生長(zhǎng)的原位觀察侯寧,張建斌* （蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,蘭州730050）材料科學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是如何預(yù)測(cè)凝固過(guò)程中出現(xiàn)的微觀組織，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凝固過(guò)程控制,枝晶是凝固過(guò)程中普遍存在的一種微觀組織，而溫度和溶質(zhì)分布決定著枝晶的生長(zhǎng)形態(tài)，影響著枝晶的形貌。本文選用與金屬凝固行為相似的丁二腈凝固原位觀察。研究丁二腈在不同溫度梯度下凝固過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)狀況，以及溶質(zhì)乙醇加入丁二腈時(shí)對(duì)晶體形態(tài)的影響。通過(guò)自制的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng), 進(jìn)行實(shí)時(shí)觀
山東工業(yè)技術(shù) 2015年3期2015-07-26
- 枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)方法模擬研究
030024)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)方法模擬研究張晨輝，楊斌鑫(太原科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，太原 030024)采用相場(chǎng)方法對(duì)金屬枝晶的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。用凝固相場(chǎng)方程描述過(guò)冷條件下枝晶生長(zhǎng)的物理過(guò)程，同時(shí)在相場(chǎng)方程中耦合溫度場(chǎng)方程以體現(xiàn)凝固過(guò)程中釋放的潛熱對(duì)相變的影響。采用有限差分法進(jìn)行求解，討論了松弛時(shí)間、方向角、界面寬度、熔點(diǎn)、各向異性、潛熱等因素對(duì)枝晶的形狀和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，隨著松弛時(shí)間、界面寬度和熔點(diǎn)的逐漸增加，晶體的生長(zhǎng)速率也在逐漸增加，
太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2015年2期2015-06-23
- 對(duì)流作用下鎂合金凝固組織演變的數(shù)值模擬
要影響，而鎂合金枝晶組織是最常見(jiàn)的顯微組織。因此，研究液相流動(dòng)對(duì)枝晶組織的形貌、生長(zhǎng)及分布的影響對(duì)調(diào)控鎂合金凝固組織，以致提高鎂合金零件的性能有著重要作用。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)模擬技術(shù)研究微觀組織的形貌與生長(zhǎng)也得到了不斷發(fā)展，常見(jiàn)的數(shù)值模擬模型包括相場(chǎng)模型(PF)和元胞自動(dòng)機(jī)模型(CA)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者應(yīng)用PF模型耦合流場(chǎng)計(jì)算了對(duì)流作用下枝晶的演變規(guī)律，研究?jī)?nèi)容由二維跨度到三維，并考慮了入流速度、浮升力等因素對(duì)枝晶演變過(guò)程的影響[3?10
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2015年4期2015-06-04
- 鎂合金不同取向多枝晶生長(zhǎng)相場(chǎng)法模擬
形成的顯微組織，枝晶是鎂合金最常見(jiàn)的凝固顯微組織，其形貌特征決定著鎂合金鑄件的力學(xué)性能。采用微觀組織數(shù)值模擬能夠獲得鎂合金枝晶形貌、微觀偏析等方面的信息，進(jìn)而對(duì)鎂合金的力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，并據(jù)此調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)工藝，從而得到力學(xué)性能更優(yōu)良的鑄件。微觀組織模擬的方法主要有確定性方法、CA法和相場(chǎng)法等。相場(chǎng)法由于在微觀組織模擬方面的綜合優(yōu)勢(shì)，已成為國(guó)內(nèi)外微觀組織模擬的熱點(diǎn)。目前，學(xué)者所進(jìn)行的微觀組織模擬絕大部分是針對(duì)具有 FCC晶胞的金屬(例如Ni、Al和Cu)。而
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2014年2期2014-12-15
- 美國(guó)學(xué)者提出鋰電池枝晶成因新推測(cè)
在負(fù)極表面形成鋰枝晶（樹(shù)突狀），不僅會(huì)縮減電池的電容量，還會(huì)導(dǎo)致短路等安全事故。研究者們已就抑制枝晶產(chǎn)生展開(kāi)了廣泛的探討和研究。日前，美國(guó)能源局（DOE）下設(shè)的勞倫斯·伯克利（Lawrence Berkeley）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員采用先進(jìn)光源ALS（Advanced Light Source）對(duì)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行研究。ALS是世界上紫外線和軟X射線束流最亮的光源，其在X射線區(qū)產(chǎn)生的電磁譜光的亮度是太陽(yáng)的10億倍。實(shí)驗(yàn)條件：硬X射線單色光束（20～25 kV
無(wú)機(jī)鹽工業(yè) 2014年1期2014-10-17
- 不同形狀橫向限制對(duì)枝晶間距影響作用的相場(chǎng)法模擬
的凝固過(guò)程中，樹(shù)枝晶生長(zhǎng)是一種最常見(jiàn)的方式，而枝晶間距又是表征凝固組織形態(tài)的重要特征參量，且材料的強(qiáng)度和韌性普遍受到枝晶間距因素的影響，枝晶間距的大小與組織中顯微偏析、夾雜物的形成、微裂紋與縮松的產(chǎn)生等都有密切的關(guān)系，所以材料枝晶間距的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注的課題。1997年，黃衛(wèi)東等[4?5]通過(guò)定向凝固臺(tái)階變速試驗(yàn)驗(yàn)證了Al-Cu合金一次枝晶間距選擇的歷史相關(guān)性。翟慎秋等[6]研究了金屬枝晶間距與枝晶生長(zhǎng)速度、溫度梯度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各次枝晶間距與生
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2014年2期2014-06-04
- 鎂合金微觀偏析相場(chǎng)法定量數(shù)值模擬
很難觀察和測(cè)定小枝晶區(qū)域內(nèi)的溶質(zhì)偏析。此外，分析模型對(duì)實(shí)際問(wèn)題做了很多假設(shè)，因此，該方法不能特別準(zhǔn)確地對(duì)實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行描述。相場(chǎng)法作為目前國(guó)內(nèi)外很受重視的模擬凝固微觀組織的有力工具，通過(guò)相場(chǎng)與溶質(zhì)場(chǎng)以及溫度場(chǎng)的耦合，可以對(duì)鎂合金凝固過(guò)程中的固相和液相的溶質(zhì)偏析進(jìn)行直接模擬預(yù)測(cè)，并據(jù)此調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)工藝，從而得到力學(xué)性能更優(yōu)良的鑄件，所以，開(kāi)展鎂合金微觀偏析相場(chǎng)法定量模擬分析具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)與學(xué)術(shù)意義。目前，KUNDIN等[3]和袁訓(xùn)鋒等[4]所進(jìn)行的微觀組織模擬
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2014年1期2014-03-17
- 不同擇優(yōu)生長(zhǎng)取向角枝晶生長(zhǎng)的數(shù)值模擬
值模擬手段來(lái)模擬枝晶形貌及微觀偏析，可以達(dá)到控制組織形態(tài)并且預(yù)測(cè)鑄件性能的目的。目前在微觀組織模擬方面主要的兩種方法是元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular automaton)和相場(chǎng)法(Phase field)。其中，CA方法通過(guò)耦合實(shí)際溫度場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)，結(jié)合枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)理論以及隨機(jī)形核與長(zhǎng)大物理機(jī)理，能夠描述晶粒度以及微觀枝晶形貌，同時(shí)能夠模擬確定鑄造條件下的等軸晶生長(zhǎng)、定向凝固柱狀晶生長(zhǎng)以及柱狀晶-等軸晶轉(zhuǎn)變等現(xiàn)象，因此，CA方法在最近的十幾年以來(lái)得到了較為廣
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2012年12期2012-12-14
- 合金定向凝固一次枝晶間距模擬
合金定向凝固一次枝晶間距模擬張顯飛1,2, 趙九洲1(1. 中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，沈陽(yáng) 110016；2. 沈陽(yáng)理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)建立二元合金樹(shù)枝晶生長(zhǎng)的二維元胞自動(dòng)機(jī)模型，模擬丁二腈?2.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇定向凝固枝晶生長(zhǎng)和一次枝晶間距選擇過(guò)程。模擬結(jié)果表明：在給定的凝固條件下，定向凝固一次枝晶間距可在一個(gè)范圍內(nèi)變化，其具體取值與凝固歷史具有相關(guān)性。在相同的溫度梯度和不同冷卻速度下，模擬給出的一次枝晶間距上、下限與實(shí)驗(yàn)
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2012年10期2012-09-26
- 射流電沉積鎳中晶體形態(tài)的可控生長(zhǎng)
射流電沉積改變了枝晶的樹(shù)枝狀分形生長(zhǎng)特性，制備不同電流密度、擺動(dòng)速度、NiSO4濃度和電解液溫度時(shí)的二維多孔交織的金屬鎳枝晶簇。結(jié)果表明：隨著電流密度的增大，枝晶簇開(kāi)始由分形生長(zhǎng)形態(tài)向多孔交織形態(tài)轉(zhuǎn)變，分形維數(shù)也隨之增大。隨著擺動(dòng)速度的減小，枝晶簇向致密、均勻的多孔交織形態(tài)轉(zhuǎn)變明顯，分形維數(shù)逐漸增大。NiSO4濃度較小時(shí)，枝晶簇的分枝較多，形貌較為致密；NiSO4濃度最大時(shí)，氣泡的析出量大大減少，枝晶簇的分枝顯著減少，難以形成多孔交織的組織；分形維數(shù)隨Ni
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年11期2011-11-30
- 枝晶形態(tài)逐層引導(dǎo)控制技術(shù)
沈理達(dá), 黃因慧枝晶形態(tài)逐層引導(dǎo)控制技術(shù)王桂峰, 田宗軍, 劉志東, 沈理達(dá), 黃因慧(南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，南京 210016)在采用擺動(dòng)射流電沉積實(shí)現(xiàn)枝晶二維可控交織生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，利用掃描擺動(dòng)射流電沉積，逐層引導(dǎo)枝晶在掃描方向上交織生長(zhǎng)，在不同擺動(dòng)次數(shù)和掃描步進(jìn)步長(zhǎng)時(shí)制備三維多孔的金屬組織，并對(duì)其形態(tài)變化進(jìn)行分析，同時(shí)建立枝晶逐層引導(dǎo)生長(zhǎng)模型。結(jié)果表明：不同擺動(dòng)次數(shù)和步進(jìn)步長(zhǎng)時(shí)，枝晶生長(zhǎng)形態(tài)的變化驗(yàn)證了該枝晶逐層引導(dǎo)生長(zhǎng)模型的正確性；擺動(dòng)次數(shù)較小
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年9期2011-11-24
- 強(qiáng)界面能各向異性下二元Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)法模擬
元Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)法模擬袁訓(xùn)鋒, 丁雨田(蘭州理工大學(xué) 甘肅省有色金屬新材料省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)基于Wheeler模型和Eggleston修正強(qiáng)界面能各向異性的方法，建立耦合溶質(zhì)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的相場(chǎng)模型，模擬強(qiáng)界面能各向異性下Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明：在強(qiáng)界面能各向異性作用下，界面方向枝晶生長(zhǎng)不連續(xù)且枝晶出現(xiàn)棱角；由于枝晶尖端溫度梯度和溶質(zhì)梯度較大，枝晶生長(zhǎng)迅速。當(dāng)界面能各向異性強(qiáng)度低于臨界值時(shí)，枝晶尖端生長(zhǎng)
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年7期2011-11-24
- 相場(chǎng)法模擬強(qiáng)各向異性作用下二元合金枝晶生長(zhǎng)
性作用下二元合金枝晶生長(zhǎng)袁訓(xùn)鋒, 丁雨田(蘭州理工大學(xué) 甘肅省有色金屬新材料省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730050)基于Wheeler模型和Eggleston修正強(qiáng)界面能各向異性的方法，建立耦合溶質(zhì)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的相場(chǎng)模型，模擬強(qiáng)界面能和界面動(dòng)力學(xué)各向異性下Ni-Cu合金的枝晶生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明：兩種各向異性均顯著影響枝晶生長(zhǎng)，在強(qiáng)界面動(dòng)力學(xué)各向異性下，固相以類矩形方式沿〈110〉方向生長(zhǎng)；在強(qiáng)界面能各向異性及同時(shí)存在兩種各向異性下，固相以枝晶方式沿〈10
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年9期2011-11-24
- 熔體過(guò)熱處理對(duì)AZ31鎂合金凝固組織的影響
31鎂合金的二次枝晶間距等組織特征差異；開(kāi)發(fā)一種采用能譜分析結(jié)果計(jì)算Mg、Al和Zn等主要元素在一個(gè)枝晶單元內(nèi)各個(gè)特征區(qū)域質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法，用以測(cè)評(píng)不同過(guò)熱溫度下凝固組織的成分均勻性。結(jié)果表明：當(dāng)過(guò)熱溫度從750 ℃增加到900 ℃時(shí)，成分偏析減少，鑄態(tài)組織中二次枝晶間距從13 μm減小到9 μm，多點(diǎn)隨機(jī)顯微硬度的平均值從36.5 HV增大到42.6 HV；AZ31鎂合金較理想的熔體過(guò)熱處理溫度為900 ℃。AZ31鎂合金；過(guò)熱處理；凝固組織；枝晶間距；成
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年7期2011-11-23
- 凝固方向?qū)尉Ц邷睾辖?span id="syggg00" class="hl">枝晶組織的影響
向?qū)尉Ц邷睾辖?span id="syggg00" class="hl">枝晶組織的影響張龍飛,燕 平,趙京晨,曾 強(qiáng),韓鳳奎(鋼鐵研究總院,北京 100081)用籽晶法制備了沿不同晶體取向凝固的鎳基單晶高溫合金試樣,研究了單晶中枝晶形貌和一次枝晶臂距隨凝固取向的變化規(guī)律。結(jié)果表明:凝固方向偏離[001]取向小于15°時(shí),枝晶排列比較規(guī)則,一次枝晶臂距隨偏離角度增大而減小;偏離角度為25°時(shí),部分二次枝晶臂阻斷了相鄰一次枝晶干的生長(zhǎng),導(dǎo)致一次枝晶臂距增大。沿[011]和[111]取向凝固的單晶中由于分別存在2個(gè)和
材料工程 2011年6期2011-10-30
- 金屬型重力鑄造鋁合金缸蓋關(guān)鍵部位二次枝晶間距研究
缸蓋關(guān)鍵部位二次枝晶間距研究項(xiàng)大偉，張炳榮，田身軍，徐帥（奇瑞汽車股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)工程研究院，安徽蕪湖241009）文章重點(diǎn)分析了同一生產(chǎn)條件下同一發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的不同關(guān)鍵位置的二次枝晶間距值，其結(jié)果表明,缸蓋的金屬型鑄造工藝是符合發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)要求的，探討了二次枝晶間距與鑄造工藝、產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)要求之間的關(guān)系。分析了整個(gè)缸蓋毛坯鑄件的凝固順序，從而推斷鑄造工藝的合理性。鋁合金缸蓋；關(guān)鍵位置；二次枝晶間距二次枝晶間距是指鋁合金金相組織中二次枝晶臂之間的距離?；?/div>
鑄造設(shè)備與工藝 2010年4期2010-11-02