[发明专利]一种消除冷却过程影响的互扩散系数测量方法

说明书

本发明公开了一种消除冷却过程影响的互扩散系数测量方法，其特征是按如下步骤进行：1利用互扩散设备对合金熔体的一维半无限大扩散偶进行等温扩散实验，获得成分谱；2获得一维半无限大扩散偶的互扩散系数；3获得一维半无限大扩散偶的扩散长度；4获得一维半无限大扩散偶在等温扩散过程中的互扩散系数和扩散长度。本发明能在操作简单的滑动剪切技术基础上，准确、合理地消除冷却过程扩散的影响，提高互扩散实验的测量精度，从而能得到精确的互扩散数据，为合金熔体互扩散数据库的建立，相关合金熔体领域的发展及金属材料的设计和应用做出贡献。

技术领域

本发明涉及合金熔体互扩散领域，具体地说是一种利用扩散长度随时间的依赖消除冷却过程的扩散，获得互扩散系数，提高互扩散系数测量精度的方法。

背景技术

扩散作为合金熔体内一种重要的动力学现象，对熔体内众多传质过程具有显著的影响，如熔体的凝固结晶过程中，溶质扩散系数的大小直接决定了凝固组织的成分分布、生长方式及微观形貌。尽管相对于固态合金的扩散，合金熔体一般要快2～3个数量级，但是与化学反应速率相比又非常缓慢，因此，熔体的扩散又往往是化学反应的重要限制因素。在理论计算方面，熔体的扩散不仅是计算机模拟的一个重要的输入参数和模拟结果的重要检验标准，而且是建立熔体结构、动力学模型，发展和验证新的理论必不可少的数据来源。目前，液体金属和合金的扩散理论还很不完善，其根本原因除了熔体的结构复杂、扩散系数数据库量不足外，另一个重要的原因就是已有的扩散系数的测量精度不高，如何获得高精度的扩散系数也成为众多学者和专家关注的焦点。

实验上，获得高精度的熔体互扩散系数仍然具有许多困难，特别是对于传统的长毛细管法，由于加热过程和冷却过程中存在扩散等因素的影响，其误差范围能达到50％～100％。对于测量精确的切单元法，由于结构复杂，操作繁琐而无法大量进行互扩散实验。在传统长毛细管法和切单元法的基础之上，本课题组自主研发出了进行合金熔体互扩散测量的设备及相应的滑动剪切法，相对于传统的长毛细管法，它能有效避免加热过程中扩散的影响，故误差显著降低，测量精度更高；同时相较切单元法，它的设备操作简单，成本低廉，因此有利于进行大量的互扩散测量，但是对于降温过程扩散的影响却无法避免。毫无疑问，降温过程对实验的测量精度具有一定的影响，已有的一些实验结果也表明了此点，特别是对于等温扩散时间较短时，这种影响更加显著。

精确的互扩散系数不仅是构建合金熔体互扩散数据库、创建新的熔体扩散理论、进行计算机模拟计算的基础，而且是揭示、表征和解释液-液转变、液-固转变等熔体动力学现象的重要参数。此外，无论是传统的金属材料还是金属玻璃、高熵合金等新兴材料，精确的互扩散系数对于材料的成型控制、工艺设计、成分设计、缺陷预防及结构转变等过程都具有极其重要的指导作用。因此，为了更进一步在操作简单的滑动剪切技术基础上提高互扩散实验的测量精度，快速、大量地获得精确的互扩散数据，必须合理地修正冷却过程扩散对整体互扩散过程的影响。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提出一种消除冷却过程影响的互扩散系数测量方法，以期能在操作简单的滑动剪切技术基础上，准确、合理地消除冷却过程扩散的影响，提高互扩散实验的测量精度，从而能得到精确的互扩散数据，为合金熔体互扩散数据库的建立，相关合金熔体领域的发展及金属材料的设计和应用做出贡献。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种消除冷却过程影响的互扩散系数测量方法的特点是按如下步骤进行：