同步辐射实验

同步辐射实验设计想法想法来源在进行透明合金实验的过程中发现现有实验平台比较粗略，可以观察到的实验现象有限，且无法获得真实枝晶生长情况，局限性很大。在查找文献的同时，发现近年来国内外研究者采用同步辐射技术可以对枝晶生长进行实时成像，从而实现对真实合金的实时观察。而同步辐射光源拥有诸多优良的特性，为枝晶生长理论研究提供了崭新的实验手段，近年来越来越受到重视。进一步探索发现，国内的王同敏教授已在北京高能物理所的同步辐射装置（BSRF）4W1A线站和上海同步辐射光源（SSRF）BL13W1线站实现了对低熔点的Sn-Bi和Sn-Pb合金的凝固过程的实时观察；而欧洲的R.H.Mathiesen、H.NguyenThi和日本的YasudaH等人实现了更高熔点的Al合金的实时成像，并有大量成果发表在高水平期刊上（ACTAMATERIALIA等）。综合来看，同步辐射成像的研究比较前沿，现在研究的学者并不很多，且实验与模拟的结合还相对很少（国内还没有）。基于本实验室良好的凝固模拟基础，我萌发了想进行同步辐射实验计划，实现实验和模拟的很好结合。想法可行性分析同步辐射实验的原理基本与透明合金实验装置类似，实现起来应该不会很困难，且国内已有王同敏教授（大连理工大学）在北京同步辐射装置（BSRF）4W1A线站实现，故而该实验的可行性还是很高的。已有文献调研实验装置图HetcompartmentSampleColdcompartmentJU、Sampletransl.|Kyz.transl.定向凝固装置系统FurnacegaptrarCHetcompartmentSampleColdcompartmentJU、Sampletransl.|Kyz.transl.定向凝固装置系统FurnacegaptrarC部分实验结果(b)CrystalgrowthinAl-10pctCu.(a)Columnardendriticgrowthinthenongrain-refinedstate.Binnedreadout,croppedimagefieldofview,CIFV=1.11X1.26mm2(HXV),G〜105K/mm,t=0.35s/frame,andv=32um/s.(b)Equiaxedcellular-dendriticexp sgrowthinthegrain-refinedstate.Circularfeaturesaretracesintheoxidefromgasbubblesformedunderearliersolidificationexperimentswiththesample.Unbinnedreadout,CIFV=0.95X1.05mm2,G~55K/mm,t=0.2s/frameandv=16um/s.exp s丄H.NguyenThi

实验装置图部分实验结果I(b)2rmn(a)LiquidI(b)2rmn(a)LiquidEauiaxedgrowthofAl-10wt.%Cu(samplewidth=6mm)innearlyisothermalconditions.R=0.5K/min.(a)Radiographrecordedatatimetduringthesolidification,referenceradiographrecordedattimet0,beforethenucleationstage,and(c)resultingimageobtainedbydividingthetworadiographs.

SequencesoffoursynchrotronX-rayradiographsshowingthetimeecolutionofeauiaxedgrowthofanAl-10wt.%Cusampleinnearlyisothermalconditions.ThecoolingrateisR=0.5K/min.t0isthereferencetime(whenthecoolingbegins),forTsample=646.5oC.Thefirstequiaxedgrainsbecomevisibleatt=t0+1503sforTsamp[e=634oC(a)t=t0+1531s;(b)t=t0+1614s;(c)t=t0+1642sand(d)t=t0+1858s.YasudaH口zUl.iqoidSolid(bjCillbocihliillCRi.2.5-3-OjnPulling,id啊门Cfti^nheaterX-raybeam112mm：＜12nwni口zUl.iqoidSolid(bjCillbocihliillCRi.2.5-3-OjnPulling,id啊门Cfti^nheaterX-raybeam112mm：＜12nwniDetectorFunwc^LruveredwrLhkilALlhh-ifFITEholderSampk—「才SiO^p]ales-^_^PTFE讪代15-(a)ConfigurationofthefurnaceandtheX-raydetector,and(b)schematicillustrationofthesamplecellinthefurnace.部分实验结果

SequentialphotographsofthemicrostructureinthereentrantchannelduringtheunidirectionalsolidificationofSn-21wt.%Bialloyatagrowthrateof10m/s.丄王同敏(a)OriginalsampleSiCx；plains Poiytiuofielrae,ffiyien»e丄王同敏(a)OriginalsampleSiCx；plains Poiytiuofielrae,ffiyien»ezZT 7 MP dealing”Fiftalsamplas(b)ColdturnaceSynchrakonrarff^iiori旳““握MoncdwoincisorcrystalHutfurnaceAnalyi&rury融ColdturnaceSynchrakonrarff^iiori旳““握MoncdwoincisorcrystalHutfurnaceAnalyi&rury融ISteprnotorDraftrodWorktabte(c)(a)Bridgman加热炉示意图(b)成像样品制备示意图(c)装置实物图部分实验结果Sn-50wt.%Pb合金等轴/柱状枝晶生长(温度梯度为 100K/cm，冷却速率为2K/min)(a)t0;(b)t0+30s;(c)t0+60sSn-12wt.%Bi合金柱状胞晶生长(温度梯度为150K/cm，拉速为200卩m/s~7卩m/s)(a)t0;(b)t0+54s;(c)t0+1O8s

Sn-12wt.%Bi合金柱状晶-等轴晶转变(温度梯度为150K/cm,冷却速率为2K/min)(a)t0;(b)t0+40s;(c)t0+80sSn-12wt%Bi合金枝晶臂的重熔断裂、游离上浮(温度梯度为60K/cm,冷却速率2K/min)(a)t0;(b)t0+15s;(c)t0+30s;(d)t0+45s;(e)t0+135s;(f)t0+225s实验设计初步想法对于枝晶生长同步辐射成像实验，在实验实施前需要解决三个主要问题：成像方法、加热成像合金样品的微型Bridg