液态金属的结构与.ppt

§ 液态金属的结构
§ 液态合金的性质
§ 液态金属的充型能力
第一章 液态金属的结构与性质
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§ 液态金属的结构
、 液体与固体、气体结构比较及衍射特征
、 由物质熔化过程认识液体结
三、 液态金属结构的理论模型（自学部分）
（一） 无规密堆硬球模型
（二） 液态金属结构的晶体缺陷模型
（三） 液体结构及粒子间相互作用的理论描述
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（一）无规密堆结构中五种多面体间隙
三角棱柱多面体
阿基米德反棱柱多面体
四方十二面体
四面体
八面体
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微晶模型： 液态金属有很多微小晶体和面缺陷组成，在微晶体中金属原子或离子组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间以界面相连接
（二）、液体的缺陷模型
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空穴模型： 金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的空位，从而使液态金属的微观结构失去了长程有序性。大量空位的存在使液态金属易于发生切变，从而具有流动性。随着液态金属温度的提高，空位的数量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小
位错模型： 液态金属可以看成是一种被位错芯严重破坏的点阵结构。在特定的温度以上，在低温条件下不含位错的固体点阵结构由于高密度位错的突然出现而变成液体。
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“能量起伏” —原子间能量不均匀性
“结构起伏”—液体中大量不停“游动”着的局域有序原子团簇时聚时散、此起彼伏
“浓度起伏” ——同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异 。
四、 液态金属的结构特征
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概述
§ 液态金属的性质
当液态金属在外力作用下流动时，由于分子间存在内聚力，因此使液体内部产生内摩擦力，以阻碍液层间的相对滑动。液体的这种性质成为粘滞性，用黏度表征
液态金属的黏度对反应速度、气体和杂质的排出、流
动性等有重要影响，因此黏度关系到铸件的成形质量
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外力作用于液体表面各原子层速度
一、液态金属的粘度
1. 定义 粘度系数
2. 物理意义：
反映液体内摩擦的大小
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运动粘度为动力粘度除以密度，即：
运动粘度ν—— 适用于较大外力作用下的水力学流动，此时由于外力的作用，液体密度对流动的影响可以忽略。
动力粘度η—— 在外力作用非常小的情况下适用，如夹杂的上浮过程和凝固过程中的补缩等均与动力粘度系数η有关。
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粘度数学模型
K b —— Bolzmann常数；
U —— 无外力作用时原子之间的结合能
τ0 —— 原子在平衡位置的振动周期（对
液态金属约为10-13秒）
δ —— 液体各原子层之间的间距

粘度η随原子间结合能U按指数关系增加
液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，
粘度也就越高；
粘度随原子间距δ增大而降低（成反比）
实际金属液的原子间距δ也非定值，温度升高，
原子热振动加剧，原子间距增大，η 随之下降；
黏度
本质：
原子
间结
合力
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η与温度T的关系受两方面，总的趋势随温度
T而下降（见图1-9）
合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响
非金属夹杂物的数量、状态和分布情况对合金液粘度的影响
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温度对粘度的影响
图1－9 液体的粘度与温度的关系 a）液态镍 b）液态钴
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M-H（Moelwyn-Hughes）模型：

η1——纯溶剂的粘度；η2——溶质的粘度；
X1、X2 分别为纯溶剂和溶质的在溶液中的mole分数，R为气体常数，Hm 为两组元的混合热。
合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响
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合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响
若混合热Hm为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升（ Hm为负值表明反应为放热反应，异类原子间结合力大于同
类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高）
表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高
若溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，因为合金液中存在异类原子间较强的化学结合键
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非金属夹杂物对合金液粘度的影响
非金属夹杂物的数量、状态和分布情况在不同程度上影响合金液的粘度。液态合金中呈固态的非金属夹杂物使液态金属的黏度增加，如钢中的硫化锰、氧化铝、氧化硅等。主要是因为夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体