Структура металевої діямагнетної краплі, що тверднула, розтікаючись по немагнетній підкладинці у магнетному полі

О. В. Середенко, В. О. Середенко

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна

Отримано: 07.06.2023; остаточний варіант - 15.07.2023. Завантажити: PDF

З’ясовано, що розтікання та тверднення металевої краплі на підкладинці є базовим у ряді проґресивних і новітніх технологій та активно вивчається в світі. Математичний апарат прогнозування внутрішніх течій і технічні засоби прямого спостереження за швидкоплинним процесом одночасного розтікання рідкої краплі з переходом у тверду пластинчасту частинку, зокрема під дією постійного магнетного поля, вельми ускладнені. Через це набуває актуальности розробка способів одержання інформації про еволюційні картини даного процесу, що визначає ефективність технології. Розроблено методику візуалізації картин течії рідкого емульсованого стопу Bi–Zn за одночасного розтікання, охолодження та тверднення діямагнетної краплі на немагнетній металевій підкладинці під впливом постійного магнетного поля. Візуалізаторами картин внутрішніх течій розтопу, що був істотно збурений і стратифікований по температурі, були емульсовані вкраплення й оксидні плівки. Виявлено, що постійне магнетне поле, накладене перпендикулярно підкладинці, вплинуло на динаміку розтопу, що проявилася в істотному (до 10 разів) зменшенні дефектів у структурі частинок. Визначено дію магнетного поля на структуру стопу, яка супроводжувалася підвищенням у 2 рази однорідности розподілу емульсованих вкраплень і появою нових форм утворень, які не спостерігались у частинках, необроблених полем. Показано, що постійне магнетне поле перспективно застосовувати у виробництві масиву крапель (нанесенні покриттів, спрей-процесі тощо) й поодиноких крапель (адитивних технологіях, змочуванні мікрооб’єктів тощо), а також виробів зі швидкоохолоджених перспективних стопів, наприклад систем на основі міді з залізом, алюмінію з рідкісноземельними металами, схильних до формування неоднорідних і грубих структур.

Ключові слова: діямагнетна металева крапля, лита структура частинки, магнетне поле, візуалізація замороженої течії.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i11/1253.html

PACS: 47.61.-k, 47.80.Jk, 61.25.Mv, 68.15.+e, 68.18.Fg, 81.30.Fb, 83.60.Np


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. C. Karcher and Z. Lyu, Techn. Messen., 3: 0046 (2023).
  2. J.-X. Zhou, H.-W. Xiao, Y.-P. Wang, A. Khan, X.-D. Niu, M.-F. Wen, M.-F. Chen, D.-C. Li, and H. Yamaguchi, Phys. Fluids, 34, No. 12: 122117 (2022). Crossref
  3. S. H. A. Jaffery, M. F. M. Sabri, S. Rozali, S. W. Hasan, M. H. Mahdavifard, D. A. S. AL-Zubiady, and B. R. Ravuri, Microel. Reliab., 139: 114802 (2022). Crossref
  4. L. Yang, Z. Li, T. Yang, Y. Chi, and P. Zhang, Langmuir, 37: 10838 (2021). Crossref
  5. S. Yang, Y. Xing, F. Yang, and J. Cao, Shock and Vibration, 2020: 6650155 (2020). Crossref
  6. J.-C. Yang, T.-Y. Qi, T.-Y. Han, J. Zhang, and M.-J. Ni, Phys. Fluids, 30, No. 1: 012101 (2018). Crossref
  7. M. Kamal and U. S. Mohammad, A Review: Chill-Block Melt Spin Technique, Theories and Applications (Bentham Science: 2022), p. 42. Crossref
  8. B. Li, E. J. Lavernia, Y. Lin, F. Chen, and L. Zhang, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering (Elsevier: 2016), p. 617.
  9. Д. А. Калашник, В. А. Шаповалов, И. В. Шейко, Ю. А. Никитенко, В. В. Якуша, Современная электрометаллургия, 120, № 3: 27 (2015). Crossref
  10. К. В. Чуистов, А. П. Шпак, А. Е. Перекос, А. Д. Рудь, В. Н. Уваров, Успехи физики металлов, 4: 235 (2003). Crossref
  11. А. Ф. Белов, А. А. Бочвар, Металловедение и обработка цветных сплавов (Москва: Наука: 1992).
  12. N. Gilani, N. T. Aboulkhair, M. Simonelli, M. East, and I. A. Ashcroft, Add. Manuf., 55: 102827 (2022). Crossref
  13. N. Gilani, N. T. Aboulkhair, M. Simonelli, M. East, I. Ashcroft, and R. J. M. Hague, Add. Manuf., 48: 102402 (2021). Crossref
  14. D. Zhang, L. Qi, J. Luo, H. Yi, W. Xiong, and Y. Mo, J. Mater. Proc. Techn., 264: 234 (2019). Crossref
  15. J. Luo, W. Wang, W. Xiong, H. Shen, and L. Qi, Int. J. Mach. Tools Manuf., 122: 47 (2017). Crossref
  16. Y. Chao, L. Qi, H. Zuo, J. Luo, X. Hou, and H. Li, Int. J. Mach. Tools and Manuf., 69: 38 (2013). Crossref
  17. H. Brauer, J. M. Otterbach, M. Ziolkowski, H. Toepfer, M. Graetzel, and J. P Bergmann, AIP Conference Proc., 2102, Iss. 1: 080004 (2019).
  18. R. V. Wal, G. M. Berger, and S. D. Mozes, Exp. Fluids, 40, No. 1: 53 (2006). Crossref
  19. В. З. Канчукоев, Б. С. Карамурзов, В. А. Созаев, В. В. Чернов, Теплофиз. высоких температур, 40, № 4: 563 (2002). Crossref
  20. M. V. Gelen, R. Ruter, R. B. J. Koldeneij, D. Lose, J. H. Snoeijer, and H. Gelderblom, J. Fluid Mech., 883, No. 25: A32 (2020). Crossref
  21. N. Ashgriz, Handbook of Atomization and Sprays: Theory and Applications (Springer: 2011). Crossref
  22. C. Josserand and S. Thoroddsen, Ann. Rev. Fluid Mech., 48: 365 (2016). Crossref
  23. M. R. Hassan and C. Wang, Langmuir, 37, No. 45: 13331 (2021). Crossref
  24. J. A. Quirke, P. Stamenov, M. E. Möbius, and J. M. D. Coey, Phys. Fluids, 34: 112116 (2022).
  25. Ю. М. Гельфгат, О. А. Лиелаусис, Е. В. Щербинин, Жидкий металл под воздействием электромагнитных сил (Рига: Зинатне: 1975).
  26. D. Ren, S. Wu, J. Yang, and M. Ni, Phys. Fluids, 32: 053311 (2020). Crossref
  27. В. О. Середенко, О. В. Середенко, О. А. Паренюк, Металознавство та обробка металів, № 3: 39 (2014).
  28. M. Qin, C. Tang, S. Tong, P. Zhang, and Z. Huang, Int. J. Multiph. Flow, 117: 53 (2019). Crossref
  29. К. Дж. Смитлз, Металлы: Справочник (Москва: Металлургия: 1980) (пер. з англ.).
  30. Т. В. Захарова, Растекание расплавленных металлов по твёрдым поверхностям, смачивание, адсорбция и адгезия фаз (Автореф. дис. д-ра хим. наук) (Екатеринбург: Институт металлургии РАН: 1997).
  31. J. H. Baas, L. B. James, J. Peakall, and M. Wang, J. Sedimentary Res., 79, Nos. 3–4: 162 (2009). Crossref