Šķidra metāla plūsmas un kristalizācijas izpēte ar neitronu radiogrāfiju

Abstract

Darbā pētīta orientētā kristalizācija, izmantojot neinvazīvu attēlveidošanas tehniku - neitronu radiogrāfiju. Rezultāti pirmo reizi atklāj daļiņu iesalšanas procesu metāla sacietēšanas laikā makro izmērā, ir parādīts, ka daļiņu iesalšana tilpumā notiek, kad cietā un šķidrā fāze veido pusšķidru maisījumu. Eksperimenti veikti ar alvu (Sn) taisnstūrveida traukā, kas tiek elektromagnētiski maisīta un orientēti kristalizēta. Informācija par recirkulējošo plūsmu ievākta, izsekojot 355 - 500 µm gadolīnija (Gd) daļiņas, kas vizualizē plūsmas lauku jebkurā laika momentā. Rezultāti liecina, ka metalurģiskās problēmas, piem., cieta materiāla iemaisīšanu kausējumā vai dielektrisku daļiņu vienmērīgā disperģēšana metālu matricas kompozītos, var tikt atrisinātas ar elektromagnētisku iedarbību uz kausējumu, tam esot pusšķidrā stāvoklī.

Directional solidification of the melt is investigated using a non-invasive imaging technique - neutron radiography. The results reveal the particle trapping in the solidifying melt at macro scale, it is shown that particle solidification in volume can be achieved when liquid and solid phases form a mushy zone. Experiments were performed using a rectangular vessel containing tin (Sn) which was electromagnetically stirred and directionally solidified. Information about the recirculating flow was gathered by tracing 355 - 500 µm gadolinium (Gd) particles which visualize the flow field in any given time. The findings show that metallurgical challenges, e.g. stirring and homogeneously dispersing ceramic reinforcement material in metal matrix composites, could be solved by applying electromagnetic treatment while melt is in a semi-solid state.