基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响-论文.pdf

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1、V0I．33No．6铸造技术Jun．2012FOUNDRYTECHN0L0GY·641··材料开发MaterialsDevelopment·基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响李辉。王猛，周鹏翔，林鑫。黄卫东(西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072)摘要：采用化学刻蚀及氟硅烷修饰的方法，制备了具有不同粗糙程度及润湿特性的纯铝基底，将基底置于NI~C1-70％H20溶液中，以激冷的方式触发NI-LCI晶粒形核，并考察了基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响规律和机制。结果表明，未修饰的粗糙纯铝基底表面与氯化铵晶胚之间的反应性润湿特性，使异质形核较易发

2、生，随着粗糙度因子的增大，形核点增加；修饰后的粗糙基底表面覆有的氟硅烷抑制了反应性润湿特性，使异质形核不易发生，且随着粗糙度因子的增大，形核点减少。所观察到的实验现象与基于Wenzel模型的粗糙基底异质形核分析结论有较好的吻合。关键词：粗糙基底；反应性润湿特性；异质形核中图分类号：TG221；0793文献标识码：A文章编号：1000．8356(2012)06-0641—04EfectsofSurfaceTopographyandWettabilityonSurfaceHeterogeneousNucleationUHui，WANGMeng，ZHOUPeng-xia

3、ng，LINXin，HUANGWei-dong(StateKeyLaboratoryofSolidificationProcessing，NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072，China)Abstract：Aluminumsubstratesurfaceswithdiferentwettabilityandroughnesswerepreparedbychemicaletchingandfluorinationtreatment，andthenucleationbehaviorsonchilledsubst

4、ratesurfacesinsolutionofNH4CI-70wt％H20wereexperimentallyinvestigatedtodescribetheefectsofsurfacemorphologyandwettabilityontheheterogeneousnucle~ionprocess．Theresultsindicatethatthereactivewettingpropertybetweentheas-etchedsurfaceandNH4C1nucleimakesheterogeneousnucleationeasier，andthen

5、umberofnucleationsitesincreaseswiththeincreaseofsurfaceroughness．Incomparison，theper—fluoroalkylsilanecoatingonthemodifiedsurfaceinhibitsreactivewettingpropertyandthusrestrictsheterogeneousnucleation，moreover，highersurfaceroughnessleadstolessnumberofnucleationsites．Thisphenomenonising

6、oodaccordancewiththeanalysisresultofheterogeneousnucleationonroughsurfacesbasedonWenzelmode1．Keywords：roughsubstratesurface；reactivewettingproperty；heterogeneousnucleation铸件组织通常包括柱状晶和等轴晶，由细小等轴及形貌的微细结构。TumbullE、FletcherE。和王猛[]等人晶形成的铸件在常规服役条件下具有优良的综合力学通过分析界面结构对异质形核过程自由能变化的影性能n]。凝固初期铸型壁面

7、上形核的激冷晶发生游离响。分别考察了与晶胚尺度相当的形貌起伏对界面异即为铸件中等轴晶晶核来源之一I2]。基于经典形核理质形核的影响机制：郑浩勇等]贝0基于Wenzel润湿模论，人们推断铸型壁面存在的凹面有利于晶粒形核_3；型[1”，研究了基底表面小于晶胚尺度的形貌起伏对晶大野笃美将铝液浇注到具备不同表面粗糙度的钢制型胚与基底润湿角的影响，分析了基底表面粗糙度因子腔中，发现粗糙型壁处有大量的晶粒形核，从而认为粗对晶胚形核功的影响规律．并指出。当晶胚与基底之间糙界面有利于晶粒形核[4；后续的一些研究也表明，晶的本征润湿角大于9O。时。基底界面越粗糙越不利于形核确实易于

8、在型壁裂缝