熔融锡、铋及其二元合金的表面张力

第２４卷专辑

Ｖ０１．２４

Ｓｐｅｃ．Ｉｓｓｕｅ

中国稀土学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＲＡＲＥＥＡＲＴＨＳＯＣＩＥＴＹ

２００６年ｌＯ月

Ｏｃｔ．２００６

熔融锡、铋及其二元合金的表面张力

李晶，王晓强，柯家骏，范建峰，袁章福掌

（中国科学院过程工程研究所，北京１０００８０）

■耍·用静滴法测量了熔融锡、铋及其二元合金的表面张力。分析了随温度和氧分压的不同，表面张力的变化情况。实验结果表明，在较低的氧分压情况下，熔融纯金属锡和铋的表面张力随温度的升高呈线性减小的关系；但在氧分压较高的情况下，它们的表面张力先随温度的升高而增加，然后随温度的升高而减小。根据热力学原理分析解释了实验结果。在特定氧分压的情况下测量了ｓｎ－Ｂｉ（Ｘｍ＝０．４５５）合金的表面张力，其值随温度的升高有增加的趋势，并分析了导致此结果的原因。

关键诃：表面张力；熔融锡；熔融铋；锡铋合金

中图分类号：ＴＱ０１３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－４３４３（２００６）．０１９０－０４

表面张力是熔态金属重要的热物理参数之

一，对熔态金属的结晶、相变以及晶粒生长过程

都有很大影响，在冶炼、铸造和焊接等过程起着

重要作用，熔态金属的表面张力及其温度系数的

测定一直是金属热物性研究的一项重要内容。获

得可靠的表面张力数据，对含锡、铋的合金设计

与优化也具有重要的指导意义【ｌ￣３】。

特别是当前空间科学迅速发展，表面张力及

其温度系数则是空间条件下高性能金属材料制备

技术中的关键参数之一。在微重力条件下，温度是影响表面张力梯度引起的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流的主要因素，熔态锡、铋及其合金的表面张力性质对研究熔态锡的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流效应、推动空间材料科学的发展具有重要意义【４￣丌。

１实验

实验所用的高纯金属锡、铋及其合金（ｘｓｉ＝０．４５５）均制成圆柱体①３．５ｍｍ×３．５ｔｕｒｎ。实验使用的装置是自行开发的数字化静滴法表面张力测定仪（如图１所示），该装置主要由样品加热熔化系统、成像系统和图形处理计算系统组成，其特点是实验过程实现数字化，摄得照片直接传输到计算机中进行图像处理和计算，省去了传统静滴法实验中的洗相、扫描和手工取点计算的步骤，减少实验过程中人为因素，使实验过程更加客观。

图１静滴法测量表面张力的装置不意图

首先用标准钢球确定成像系统的放大倍数，再将实验试样放在洁净的高纯氧化铝垫片上送入加热炉管中心位置中，调整保持试样水平放置。升温到设定的温度熔化实验样品，恒温１５ｍｉｎ后进行摄像。摄像时要注意灯光光源的调节，以保证所摄图片的质量。实验摄得图像直接传输到计算机系统中进行图像处理、计算得到设定温度下的表面张力值。整个实验过程用氩气作保护气体，通过调节镁炉温度得到氩气中不同的氧分压（只）情况。

２结果与讨论

２．１熔融锡的表面张力随温度和氧分压的变化关系

在５０５Ｋ＇－１０２３Ｋ温度范围内研究了表面张力

收稿日期：２００斛１７；修订日期：２００６－４）６－１１

基金项且：国家自然科学基金资助项目（５０４７４０４３）

作者俺介：李晶（１９７９－），女，山东济南人，博士研究生

·通讯联系．Ｋ（Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｚｌｄ＠ｈｏｍｅ．ｉｐｅ．∞．Ｃ１１）

熔融锡、铋及其二元合金的表面张力

作者：李晶， 王晓强， 柯家骏， 范建峰， 袁章福

作者单位：中国科学院过程工程研究所,北京,100080

1.徐艳坤.李作安.曹战民.孙勇.乔芝郁Sn-Zn-M(M:Bi,In,Ag)无铅钎料合金的表面张力[会议论文]-2004

2.康龙田.乔芝郁多元高温熔体间界面张力的模拟计算[会议论文]-2002

3.许磊.竺培显.XU Lei.ZHU Pei-xian锡铋对铅基电极合金组织结构和性能的影响[期刊论文]-电源技术2007,31(12)

4.陈民.王遵敬.过增元铜镍合金的表面张力温度系数的蒙特卡罗模拟[期刊论文]-工程热物理学报2001,22(3)

5.方亮.肖锋.陶再南.Fang Liang.Xiao Feng.Tao Zainan用改良静滴法测量液态Ni-W二元合金的密度[期刊论文]-稀有金属材料与工程2004,33(12)

6.缪兴国.陈广泗粗锡连续结晶脱铅铋过程动态热平衡数学模型[会议论文]-1998

7.楼仁姣毛细管法测量液体表面张力系数的新改进[期刊论文]-浙江师大学报(自然科学版)2000,23(Z1)

8.王仪玖表面张力在铸造过程中的作用[期刊论文]-江西冶金2002,22(2)

9.徐广臣.何洪文.郭福焦耳热作用下共晶锡铋焊点电迁移特性研究[会议论文]-2008

10.徐军.乔芝郁.韩秀君.魏炳波液态和过冷态Fe-20%Cu合金表面张力的测定与计算[期刊论文]-自然科学进展2003,13(4)

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