基底表面状态对异质形核影响的实验研究

对铸型型壁形核点密度的研究,在铸造领域有着重要意义。从润湿性角度出发,通过水在基底上的润湿角来计算基底的表面能,并引入具有标度不变性的分形维数以定量表征粗糙表面粗糙程度,研究形核基底表面状态对NH4Cl晶粒异质形核行为的影响规律。结果表明,表面能和微观形貌对基底表面的润湿性和形核特性具有显著影响。刻蚀获得的LY12基底表面微观形貌丰富,呈现出明显的分形特性,该表面具有超亲水性,可获得较高的NH4Cl晶粒异质形核密度;而经低表面能的氟硅烷修饰后则具有超疏水性,其表面的NH4Cl晶粒形核密度明显降低。

基于Wenzel模型的粗糙界面异质形核分析

异质形核是形核发生的主要形式.经典形核理论对基底界面作了理想化平面假设,然而实际异质形核体系中理想平直的固体界面是不存在的,这导致了异质形核描述与实际情况的偏差.考察了固相晶胚在非平整界面上的异质形核过程,基于Wenzel润湿模型,分析了非理想界面的粗糙度因子对固相晶胚形核功的影响规律.结果表明:当基底与晶核之间的本征润湿角小于90°时,基底界面越粗糙越有利于形核;本征润湿角大于90°时,基底界面越粗糙越不利于形核.同时,游离晶胚在基底上润湿是球冠晶胚形成的重要途径,粗糙界面润湿过程中界面自由能的变化会对形核产生重要影响.