单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅱ)实验对比

黄卫东; 林　鑫; 李　涛; 王琳琳; Y. Inatomi

doi:10.7498/aps.53.3978

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单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅱ)实验对比

黄卫东 , 林　鑫 , 李　涛 , 王琳琳 , Y. Inatomi

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单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅱ)实验对比

黄卫东, 林　鑫, 李　涛, 王琳琳, Y. Inatomi

物理学报, 2004, 53(11): 3978-3983.

doi: 10.7498/aps.53.3978

A time-dependent interface stability during directional solidification of a single phase alloy(Ⅱ)Comparison with experimental results

Huang Wei-Dong, Lin Xin, Li Tao, Wang Lin-Lin, Y. Inatomi

Acta Phys. Sin., 2004, 53(11): 3978-3983.

doi: 10.7498/aps.53.3978

摘要
采用典型的透明模型合金，即丁二腈-1．5at％水杨酸苯酯(SCN-1．5at％Salol)合金，对界面前沿溶质扩散边界层和界面稳定性进行了实时观测，并结合丁二腈-1．1wt％乙醇(SCN-1.1wt％Eth)、丁二腈0.43wt％氧杂萘邻酮152(SCN-0.43wt％C152)的实验结果，对纯扩散和存在对流情况下的定向凝固界面形态稳定性进行了系统的分析.发现以往所进行的界面稳定性分析能够准确描述实验中所观测到的界面失稳的时间相关特性，并发现界面失稳演化存在两个时间结点，即界面失稳孕育时间和平胞转变孕育时间，所获得的时间相关解能够准确预测实验中观测到的平胞转变孕育时间，而对流效应则明显缩短了界面失稳和平胞转变的孕育时间.实验中获得的单位扰动振幅发展速率比稳态理论预言值小了将近一个数量级，而与时间相关解较为接近.

关键词:
界面稳定性 /

凝固 /

扩散 /

对流
Abstract
In situ observation on the interface instability and the solute transport boundary layer in front of the solid/liquid interface is carried out during the di rectional solidification of SCN-1.5at%Salol. Based on this, and in combination with the experimental results of SCN-1.1 wt%Eth, SCN-0.43wt%C152 alloys, the morp hological instability of a solidifying planar interface is systematically invest igated during directional solidification with and without the convection. It is found that the interface stability analysis in our previous paper describes corr ectly the time-dependent evolution of interface instability. Both the incubation time ti for instability and the incubation time tb for breakdown of the planar interface can be determined from the time-dependent instability so lution, and the convection obviously shortens the incubation time ti for i nstability and the incubation time tb for breakdown of the planar interface. The steady-state instability solution overestimates the unit amplitude devel oping rate by an order of magnitude, as compared to the experimental value, while the time-dependent solution underestimates the experimental result.

Keywords:
interface stability /

solidification /

di ffusion /

convection
作者及机构信息
黄卫东²,

林　鑫²,

李　涛²,

王琳琳²,

Y. Inatomi¹

(1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072

基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号：2001AA337020)和国家自然科学基金(批准号：50201012和50071048)资助的课题.
Authors and contacts
Huang Wei-Dong²,

Lin Xin²,

Li Tao²,

Wang Lin-Lin²,

Y. Inatomi¹

(1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072
参考文献

施引文献

[1]	郑来运, 赵秉新, 杨建青. 弱Soret效应混合流体对流系统的分岔与非线性演化. 物理学报, 2020, 69(7): 074701. doi: 10.7498/aps.69.20191836
[2]	冯吴亮, 王飞, 周星, 吉晓, 韩福东, 王春生. 固态电解质与电极界面的稳定性. 物理学报, 2020, 69(22): 228206. doi: 10.7498/aps.69.20201554
[3]	游家学, 王锦程, 王理林, 王志军, 李俊杰, 林鑫. 悬浮液凝固研究进展. 物理学报, 2019, 68(1): 018101. doi: 10.7498/aps.68.20181645
[4]	林茂杰, 常健, 吴宇昊, 徐山森, 魏炳波. 电磁悬浮条件下液态Fe50Cu50合金的对流和凝固规律研究. 物理学报, 2017, 66(13): 136401. doi: 10.7498/aps.66.136401
[5]	孟广慧, 林鑫. 二元层片共晶凝固过程的特征尺度选择. 物理学报, 2014, 63(6): 068104. doi: 10.7498/aps.63.068104
[6]	苑轶, 李英龙, 王强, 刘铁, 高鹏飞, 赫冀成. 强磁场对Mn-Sb包晶合金相变及凝固组织的影响. 物理学报, 2013, 62(20): 208106. doi: 10.7498/aps.62.208106
[7]	潘诗琰, 朱鸣芳. 双边扩散枝晶生长的定量相场模型 . 物理学报, 2012, 61(22): 228102. doi: 10.7498/aps.61.228102
[8]	刘望, 邬琦琦, 陈顺礼, 朱敬军, 安竹, 汪渊. 氦对铜钨纳米多层膜界面稳定性的影响. 物理学报, 2012, 61(17): 176802. doi: 10.7498/aps.61.176802
[9]	石玉峰, 许庆彦, 柳百成. 对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究. 物理学报, 2011, 60(12): 126101. doi: 10.7498/aps.60.126101
[10]	王春江, 苑轶, 王强, 刘铁, 娄长胜, 赫冀成. 强磁场条件下金属凝固过程中第二相的迁移行为. 物理学报, 2010, 59(5): 3116-3122. doi: 10.7498/aps.59.3116
[11]	姜泽辉, 张峰, 郭波, 赵海发, 郑瑞华. 受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化. 物理学报, 2010, 59(8): 5581-5587. doi: 10.7498/aps.59.5581
[12]	徐送宁, 张林, 张彩碚, 祁阳. 熔融Cu55团簇在铜块体中凝固过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 40-S46. doi: 10.7498/aps.58.40
[13]	单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东. 纯物质枝晶凝固的元胞自动机模型. 物理学报, 2009, 58(2): 1132-1138. doi: 10.7498/aps.58.1132
[14]	孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰, 戴挺. 强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 285-S291. doi: 10.7498/aps.58.285
[15]	龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮. 强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808. doi: 10.7498/aps.58.7802
[16]	王志军, 王锦程, 杨根仓. 各向异性作用下合金定向凝固界面稳定性的渐近分析. 物理学报, 2008, 57(2): 1246-1253. doi: 10.7498/aps.57.1246
[17]	曹博, 包良满, 李公平, 何山虎. Cu/SiO2/Si(111)体系中Cu和Si的扩散及界面反应. 物理学报, 2006, 55(12): 6550-6555. doi: 10.7498/aps.55.6550
[18]	杨春, 余毅, 李言荣, 刘永华. 温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响. 物理学报, 2005, 54(12): 5907-5913. doi: 10.7498/aps.54.5907
[19]	常福宣, 陈　进, 黄　薇. 反常扩散与分数阶对流-扩散方程. 物理学报, 2005, 54(3): 1113-1117. doi: 10.7498/aps.54.1113
[20]	林　鑫, 李　涛, 王琳琳, 苏云鹏, 黄卫东. 单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(I)理论分析. 物理学报, 2004, 53(11): 3971-3977. doi: 10.7498/aps.53.3971

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物理学报. 2004, 53(11): 3978-3983.

doi: 10.7498/aps.53.3978.

单相合金凝固过程时间相关的界面稳定性(Ⅱ)实验对比

1. (1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072

基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号：2001AA337020)和国家自然科学基金(批准号：50201012和50071048)资助的课题.

收稿日期: 2003-10-23
修回日期: 2004-03-24
刊出日期: 2004-11-16

摘要: 采用典型的透明模型合金，即丁二腈-1．5at％水杨酸苯酯(SCN-1．5at％Salol)合金，对界面前沿溶质扩散边界层和界面稳定性进行了实时观测，并结合丁二腈-1．1wt％乙醇(SCN-1.1wt％Eth)、丁二腈0.43wt％氧杂萘邻酮152(SCN-0.43wt％C152)的实验结果，对纯扩散和存在对流情况下的定向凝固界面形态稳定性进行了系统的分析.发现以往所进行的界面稳定性分析能够准确描述实验中所观测到的界面失稳的时间相关特性，并发现界面失稳演化存在两个时间结点，即界面失稳孕育时间和平胞转变孕育时间，所获得的时间相关解能够准确预测实验中观测到的平胞转变孕育时间，而对流效应则明显缩短了界面失稳和平胞转变的孕育时间.实验中获得的单位扰动振幅发展速率比稳态理论预言值小了将近一个数量级，而与时间相关解较为接近.

关键词:

界面稳定性 /
凝固 /
扩散 /
对流

English Abstract

A time-dependent interface stability during directional solidification of a single phase alloy(Ⅱ)Comparison with experimental results

1.
(1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072

Received Date: 23 October 2003
Accepted Date: 24 March 2004
Published Online: 16 November 2004

Abstract: In situ observation on the interface instability and the solute transport boundary layer in front of the solid/liquid interface is carried out during the di rectional solidification of SCN-1.5at%Salol. Based on this, and in combination with the experimental results of SCN-1.1 wt%Eth, SCN-0.43wt%C152 alloys, the morp hological instability of a solidifying planar interface is systematically invest igated during directional solidification with and without the convection. It is found that the interface stability analysis in our previous paper describes corr ectly the time-dependent evolution of interface instability. Both the incubation time ti for instability and the incubation time tb for breakdown of the planar interface can be determined from the time-dependent instability so lution, and the convection obviously shortens the incubation time ti for i nstability and the incubation time tb for breakdown of the planar interface. The steady-state instability solution overestimates the unit amplitude devel oping rate by an order of magnitude, as compared to the experimental value, while the time-dependent solution underestimates the experimental result.

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作者及机构信息

(1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072

Authors and contacts

(1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安　710072

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English Abstract

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1. (1)Institute of Space and Astronautical Science,Kanagawa 229,Japan; (2)西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安 710072

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