Solidificación direccional y estabilización de fase

Fuente: Sina Shahbazmohamadi y Peiman Shahbeigi-Roodposhti-Roodposhti, Escuela de Ingeniería, Universidad de Connecticut, Storrs, CT

La fusión de la zona de solidificación direccional es un proceso metalúrgico en el que se funde una región estrecha de un cristal (generalmente en forma de barra). El horno se mueve a lo largo de la muestra de forma de varilla, lo que significa que la zona fundida se mueve a lo largo del cristal y la zona fundida se mueve de un extremo de la barra al otro. Este mecanismo es ampliamente utilizado en aleaciones, sin embargo los átomos de soluto tienden a segregarse a la fusión. En este tipo de aleación, las impurezas también se concentran en la fusión, y se mueven a un extremo de la muestra junto con la zona fundida en movimiento. Por lo tanto, la fusión de zonas se utiliza más ampliamente para el refinado de material comercial. 1. muestra cómo la zona fundida de alta impureza se mueve de un lado de la barra al otro. El eje vertical es la concentración de impureza y el eje horizontal es la longitud de la muestra. Debido a la tendencia de las impurezas a segregarse a la región fundida, su concentración en la fusión es mayor que en el sólido. Por lo tanto, a medida que los materiales fundidos viajan hasta el final de la barra, la impureza será transportada al final de la barra y dejar el material sólido de alta pureza detrás de ella.

Figura 1: Esquema del cambio de composición durante la solidificación direccional de fusión de zona.

En este estudio, se empleará un aparato de solidificación direccional de fusión de zona para sintetizar estructuras estables de aleaciones Pb-Cd.

Inserte un termopar cromo-alumel de 100 mm (en un tubo de protección contra mullita de doble diámetro de 0,1 cm) en un tubo Pyrex de 8 mm de diámetro exterior. La longitud del tubo debe ser de alrededor de 30 cm. La punta del termopar debe estar recubierta con una suspensión de nitruro de boro.
Formar varillas de la composición deseada mediante la fusión de la aleación en un crisol, y el dibujo de la aleación fundida en el tubo Pyrex por medio de un vacío parcial. Para ello, utilice una bombilla unida al extremo del t...

Los figes. 5 y 6 muestran las microestructuras desarrolladas a partir de la solidificación de fusión de zona direccional de la aleación Pb-55Cd revelada por microscopio óptico, en dos relaciones G/V diferentes (G: gradiente térmico, V: velocidad del movimiento del horno a lo largo del tubo Pyrex).

En una proporción baja (G/V-1,03-10⁶ ^(oC.Sec/Cm²)) la microestructura consistía en dendritas ...

Este experimento demuestra emplear un tipo específico de horno de solidificación direccional de congelación de fusión de zona para desarrollar microestructuras estables. A diferencia de la microestructura inestable de dos fases que no está en equilibrio a temperatura ambiente y la estructura se degrada durante un período de meses por difusión a temperatura ambiente, la estructura monofásica obtenida en la muestra cultivada no sufre ningún cambio.

La muestra con fases estables, desarro...

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