第一章液态金属的性质(3)

1、1-3液态金属的性质液态金属的性质液态金属的性质液态金属的性质粘滞性粘滞性表面张力表面张力内在内在外表外表充型能力充型能力气体、夹杂物的排除气体、夹杂物的排除金属的补缩金属的补缩一次结晶的形态、偏析的形成一次结晶的形态、偏析的形成充型充型气体、夹杂物的排除气体、夹杂物的排除形核、结晶形核、结晶1.粘滞性粘滞性2.粘滞的本质粘滞的本质3.粘滞的大小粘滞的大小液体流动时液体流动时,若其各层流动速度不同若其各层流动速度不同,则各层流体间有相互作用。则各层流体间有相互作用。流动速度大的一层带动流动速度小的一层运动，速度小的一层则阻流动速度大的一层带动流动速度小的一层运动，速度小的一层则阻碍速度大的一层

2、，这种性质称碍速度大的一层，这种性质称“粘滞性粘滞性” 。速度不同的各层之间有。速度不同的各层之间有摩擦力，这种流动具有粘滞性。流体的粘滞性又常成为摩擦力，这种流动具有粘滞性。流体的粘滞性又常成为内摩擦力内摩擦力。质点间结合力的作用。质点间结合力的作用。v1v2v3v4F (x)vv4v3v2v10宏观宏观dydvSxFdydvSxFxx)()( 2mSsPa接触面积，接触面积，粘滞系数，粘滞系数， 一、液态金属的粘滞性一、液态金属的粘滞性均距离均距离相邻原子平衡位置的平相邻原子平衡位置的平原子离位的激活能；原子离位的激活能；热力学温度；热力学温度；波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；振动时间；振动时

3、间； UTkekTkTU0302微观微观粘滞的大小粘滞的大小4.影响粘度的因素影响粘度的因素温度：温度：温度不高，指数影响大温度不高，指数影响大T，温，温度高，乘数相影响大，度高，乘数相影响大， T ， 化学成分：化学成分：难熔化合物粘度高，熔点难熔化合物粘度高，熔点低的共晶成分化合物其粘度低低的共晶成分化合物其粘度低非金属夹杂物：非金属夹杂物：固态非金属夹杂使液态固态非金属夹杂使液态合金粘度增加合金粘度增加5.粘度在材料粘度在材料成形中的意义成形中的意义对液态金属流态的影响对液态金属流态的影响对液态金属对流的影响对液态金属对流的影响对液态金属净化的影响对液态金属净化的影响，强制性对流，强制性

4、对流，自然对流，远大于，自然对流，远大于远小于远小于11/2223223erCCTTRGcLgGTLgG 动动力力粘粘度度密密度度；速速度度；管管道道直直径径； vDDvRe2 . 02 . 02)(092. 0092. 0230032322300 DvRfRDvRfReeee 紊紊层层 grvFFrvFRgrgVFe）（）（）（杂杂液液阻阻浮浮阻阻杂杂液液杂杂液液浮浮 23926,134二、表面张力二、表面张力1.基本定义基本定义表面：表面：液体或固体同空气或真空接触的面液体或固体同空气或真空接触的面表面现象：表面现象：两相接触面出现的表观现象两相接触面出现的表观现象ab2.接触角：接触角：

5、到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和液界面和固固-液界面之间的夹角（液界面之间的夹角（contact angle)，用，用表示表示 l- gl- sS-gl- sS-gl- g909090903.3.表面张力的实质表面张力的实质SFFSW mNmmNmJ 22 表面自由能：表面自由能：产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。表面层分子比相同数量的内部分子有多余的自由能。表面层分子比相同数量的内部分子有多余的自由能。界面张力：界面张力：是广义的表面张力是广义的表面张力32)(4RZe 表面张力：表面张力：表

6、面层质点处于不平衡的力场中。结果表面表面层质点处于不平衡的力场中。结果表面存在一个平行于表面且各向大小相等的张力。垂直作用存在一个平行于表面且各向大小相等的张力。垂直作用于单位长度上的收缩力。于单位长度上的收缩力。a.表面张力的表面张力的大小大小宏观宏观微观微观温度：温度：一般一般T，但，但铸铁、碳钢、铜相反铸铁、碳钢、铜相反熔点：熔点：熔点高，表面张力大，熔点高，表面张力大，Mg，Zn不遵守不遵守溶质：溶质：正吸附正吸附负吸附负吸附表面活性物质表面活性物质表面非活性物质表面非活性物质负吸附负吸附正吸附正吸附 00dcddcddcdRTc 溶质表面浓度大于内部浓度溶质表面浓度大于内部浓度溶质表

7、面浓度小于内部浓度溶质表面浓度小于内部浓度b.b.影响表面张力影响表面张力的因素的因素使表面张力降低的溶质使表面张力降低的溶质使表面张力升高的溶质使表面张力升高的溶质（1 1）在平面上）在平面上剖面图剖面图液面正面图液面正面图 研究以研究以ABAB为直径的一个环作为边为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力。有附加压力。 设向下的大气压力为设向下的大气压力为P Po o，向上的反，向上的反作用力也为作用力也为P Po o ，附加压力，附加压力P Ps s等于零。等于零。Ps =

8、 Po - Po =04.表面张力引起的附加压力表面张力引起的附加压力（2 2）在凸面上：）在凸面上：附加压力示意图附加压力示意图 研究以研究以ABAB为弦长的一个球面上的为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个不在同一平面上，所以会产生一个向向下下的合力。的合力。 所有点产生的总压力为所有点产生的总压力为Ps Ps ，称为，称为附加压力。凸面上受的总压力为：附加压力。凸面上受的总压力为：Po+ Po+ Ps Ps 。PoPo为大气压力，为大气压力， PsP

9、s为附加压力为附加压力剖面图剖面图（3 3）在凹面上：在凹面上：剖剖面面图图附加压力示意图附加压力示意图研究以研究以ABAB为弦长的一个球形凹面为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环上每点两边上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大的表面张力都与凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个产生一个向上向上的合力。的合力。所有的点产生的总压力为所有的点产生的总压力为P Ps s ，称为附加压力。凹面上向下的总压称为附加压力。凹面上向下的总压力为：力为：P Po o- -P Ps s ，所以凹面上所受的，所以凹面上所受的压力

10、比平面上小。压力比平面上小。drrdVrVrdrdSrS23243484 dSpdV 18051805年年Young-LaplaceYoung-Laplace导出了附导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对特殊式（对球面）球面）rP 2 根据数学上规定根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值凸面的曲率半径取正值，凹凹面的曲率半径取负值。面的曲率半径取负值。所以，凸面的附加压力指向所以，凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是即附加压力总是指向球面的球心。指向球面的球心。一般式一般式)11(21rrP 5.5.表面张力对在材料成形中的意义表面张力对在材料成形中的意义RRrPo)cos(2)180/cos(22 hpRr180ghP gRhghR )cos(2)cos(2 静压头：