（代写金属材料与热处理论文）铝及铝合金熔体黏度实验分析
摘要：金属熔体的黏度能够体现出熔体中原子的输运性能，是属于金属熔体的结构敏感性质。金属在液态下的相关特性会对最终的合金的性能与质量起着特别大的影响，而黏度作为金属熔体的一项敏感物理特性，能够帮助建立原子结构与合金性能相互之间的联系，所以研究金属熔体黏度的意义重大。金属材料的成型大部分都是从液态转变成固态的。金属熔体的性质和行为将对成型后的材料产生很大的影响，而金属熔体的黏度提供了理解金属熔体行为的方法。铝铁合金拥有良好的力学性能和耐腐蚀等化学特性，使得铝铁合金拥有良好的发展与应用前景。
本文利用高温磁场黏度仪，研究了纯铝以及铝铁合金在无磁场的条件下以及有磁场的情况下金属熔体的黏度对于金属熔体的黏滞性行为和特征进行了探讨。着重研究了化学成分和温度还有磁场对于金属熔体黏度的影响。根据实验结果可以看出：在无磁场的条件下，铝熔体、铝铁合金熔体的黏度都会呈现出随着温度升高而减小的趋势，并且符合阿列纽斯公式,在相同过热度下铝铁合金熔体黏度要高于铝熔体的黏度,铝铁合金凝固后的组织中会存在针状铝铁相。对凝固组织进行了X射线衍射，结果发现主要存在铝以及铁的衍射峰。在磁场条件下,纯铝熔体以及铝铁合金熔体黏度-温度的曲线仍然符合阿列纽斯公式，并且黏度会随着温度的升高而降低，纯铝熔黏度及铝铁合金熔体黏度随着磁场强度的增大而增大,磁场的强度越大,铝铁合金熔体黏度的活化能就越大。在磁场条件下，铝铁合金熔体黏度的成分关系存在异常。
关键词:黏度；铝铁合金；磁场
Experimental Analysis on Viscosity of Aluminum and Aluminum Alloy Melt
Abstract: Viscosity of the molten metal to reflect the atomic transport properties of the melt, is part of the structure of the sensitive nature of the metal melt. Correlation properties of liquid metal in the final alloy would under performance and quality plays a particularly large impact, while the viscosity as a sensitive physical properties of the metal melt, can help establish links between them and alloys atomic structure, The meaning of a major study of metal melt viscosity. Most of the metallic material are formed from the liquid to solid transition. Have a huge impact on the nature and behavior of molten metal will be after forming materials, and the viscosity of the molten metal to provide a method to understand the behavior of molten metal. Aluminum alloy has good mechanical properties and chemical properties and corrosion resistance, making aluminum alloy has good development and application prospects.
This article using high-temperature magnetic viscometer, aluminum and aluminum alloy was studied in the absence of a magnetic field of a magnetic field under the conditions and circumstances of the viscosity of the molten metal for viscous behavior and characteristics of the molten metal are discussed. Focuses on the chemical composition and temperature as well According to the experimental results can be seen: in the absence of a magnetic field, and in line with the Arrhenius equation, the degree of superheat in the same Under the aluminum alloy melt viscosity than the viscosity of molten aluminum, aluminum and iron needle-phase structure will exist after solidification of aluminum alloy. Under field conditions, the pure aluminum melt and an aluminum alloy melt viscosity - temperature curve continues to comply with the Arrhenius equation, and the viscosity decreases with increasing temperature, the melt viscosity of the pure aluminum and aluminum alloy melt viscosity with the magnetic field strength increases, the greater the intensity of the magnetic field, the activation energy of the aluminum alloy melt viscosity greater. Under field conditions, the presence of abnormal composition of aluminum alloy melt viscosity
Keyword: Viscosity；Al-Fe alloy；Magnetic field
目录
第一章 绪论
1.1金属熔体的黏度…………………………………………………………..1
1.2金属熔体黏度的研究方法………………………………………………..3
1.3金属熔体黏度的研究现状………………………………………………..7
1.4本论文研究的内容及意义………………………………………………..9
第二章 试验方法及其设备分析
2.1金属试样的制备……………………………………………………..…..11
2.2黏度测量仪的构造、工作原理及操作方法……………………..……..11
2.3高温磁场黏度测量仪13
第三章 试验过程及分析
3.1铝铁合金熔体黏度实验分析………………………….………………..17
3.2微观组织观测…………………………………………………….……..20
3.3XRD实验分析………………………………………….………………..21
3.4本章小结……………………………………………………………….. 22
结论………………………………………………………….……………..23
参考文献
小结
参考文献
[1]下地光雄.液态金属[M].北京:科学出版社，1987
[2]林崇德.中国成人教育百科全书[M].海口：南海出版社 1994
[3]王克琦.柴汕机用润滑油运动黏度的测定[J].内燃机,2006
[4]孙建俊.典型二元合金熔体结构研究[D].济南:山东大学,2009
[5]陆坤权.液态物理进展概述[J].物理,1994
[6]朱纯傲.金属熔体扩散的研究进展[J].中国科学:物理学力学天文学,2012
[7]冼爱平.液态金属的物现性能[M]. 北京:科学出版社,2006
[8]川田裕郎.黏度[M].北京：计量出版社
[9]陈惠钊.黏度测量和应用[J].中国计量,1998
[10]孙民华,耿浩然,边秀房,刘燕.A1熔体黏度的突变点及与熔体微观结构的关系[J].金属学报,2000
[11]边秀房,潘学民,秦绪波.金属熔体中程有序结构[J],中国科学(E),2002
[12]中国冶金百科全书总编辑委员会.中国冶金百科全书[M],北京:冶金工业出版社,2001
一、绪论
1.1金属熔体的黏度
黏度是指金属熔体非常重要的结构敏感参数，涉及到了金属的各个过程,从金属的熔炼到加工成型，每一个地方都能找到黏度的身影。对于金属材料而言，金属熔体的流动性能够直接地影响材料成型的难易程度,液态金属相关数学模型的建立和金属熔体的加工过程都特别需要准确的黏度值。精确地测量黏度值能够更好地知道液态金属中质量、动量以及能量的传输过程。同时也是发展先进工艺流程的先决条件。尤其是对于铸造工艺来说，黏度可以帮助更好地理解在铸造过程中的流体力学和化学反应动力学，金属熔体的黏度也会关系到金属熔体中的气泡以及非金属夹杂物的产生。科研人员对于金属熔体黏度的研究一直都没有停止，相关方面的黏度测量技术以及相关的应用也伴随着金属熔体黏度的研究而得到进一步发展。
在金属熔体中存在某种物理的梯度时，熔体当中就会存在非平衡的输运过程。而金属的黏滞性就能用来表征金属熔体中的输运过程，反映了熔体中的原子运动状态。当一个恒定的剪切力作用在一种不可压缩的液体时，由于会受到液体对运动的阻碍作用，会在垂直于剪切力的方向上将产生一个速度梯度，液体对于运动的这种阻碍力称为黏滞力[1]。如果液体中存在相互运动时,在液体的内部就会产生一种阻碍这种运动的作用力，这是属于液体的固有特性,简称黏滞性。液态的金属同样会具有黏滞特性,把金属熔体的黏度定义为对黏滞性大小的度量。
根据黏度的定义，黏度是由液体的层流运动引起的，现在来推导黏度的表示方法。当相距为dy的相近液体层以速度分别为V和v+dy运动时，由于液体对于运动的阻碍会使得在两个液体层中间产生一定的阻力，用来阻碍液体的运动，这个力用F来表示。根据牛顿的内摩擦定律,内摩擦力F的大小和液体的速度变化率dv/dy以及液体的层面积A成正比,则内摩擦力可以表示为：
F=ηAdv/dy (1-1)
η为比例系数，也叫做黏度系数，通常简称黏度，又称作动力学黏度。根据牛顿内摩擦的定理表示可以看到，如果液体的层面积A以及速度的梯度dv/dy都为1，则内摩擦力F就等于动力学黏度，即黏度表示在单位速度的梯度下，作用在单位液体层上的内摩擦力。根据公式(1-1)可以导出
η=F/(Adv/dy) (1-2)
而黏度又可分为动力学黏度，运动黏度以及条件黏度[2]。公式(1-2)表示的是动力学黏度，单位为Pa.s或P。在运动黏度为液体的动力黏度η与同温度情况下液体的密度ρ的比值，单位为m2/s或者St。其公式为：
V=η/ρ (1-3)
条件黏度是指运用各种标定了的黏度计测量后得到的黏度，以条件单位来表示。
液态是目前为止人们特别关心的领域，由于其与各个学科之间有密切的联系以及非常广泛的应用前景,科研人员在液态的领域进行了很多相关的研究工作。其中黏度是非常重要的一项敏感物理参数，是液态研究中特别重要的途径。黏度以及其测定在许多的领域都有广泛的应用，例如在石油行业、医学领域、化工领域、生物领域以及冶金、航空航天等领域。而黏度又是石油行业里非常重要的性能指标之一，在石油行业里的多个环节都需要考虑到黏度因素，在石油的开采过程中也需要研究不同的环境条件下石油的黏度值，以期望获得较高的出油效率。而在原油管道的运输过程中，怎样降低原油的黏度从而提高原油的流动性，并以此来提升原油的运输量一直是管道设计及输送动力的系统等需要虑的重要环节。黏度也同样是体现润滑油性能非常重要的指标。润滑油的黏度过大或过小都会影响到润滑性能[3]。黏度以及其测量在医学领域也应用的相当广泛，尤其是血液黏度方面的相关研究在近年来受到了广泛的关注，由血液问题而导致的疾病已经成为现代社会的一大杀手，而所有的这些疾病都与血液黏度过高有关系，寻找抗生素以外的方法来降低血液的黏度已经成为研究的热点。
对于金属来讲，液态金属的性质对于最终的合金性能和质量有着很大的影响，在金属冶炼的过程当中，适当的金属熔体黏度会有利于金属和矿渣的彻底分离，从而利用了较节省的能源得到了高质量的金属。在金属的凝固过程当中，传质传热的过程贯穿始终，而黏度能体现熔体中原子的运动，进而反应出熔体中的传质与传热，通过对黏度的相关研究可以更加深入的认识到金属的凝固行为，建立起熔体中的原子与金属性能之间的联系。金属熔体的黏度研究本质上是利用微观方法来研究并解释金属材料的宏观现象，晶体当中原子的运动可以看作是原子在各自的平衡位置附近的振动，微观上的运动会最终导致材料宏观现象的产生。黏度就可以更加直观的了解到金属熔体的流动性，尤其是在冶炼以及金属成型的过程中的流动性，通过对于金属熔体的黏度相关测量以及控制，来更好地为提高金属材料成型后的性能服务。
