磁场条件下金属熔体粘滞性的研究

摘要

金属熔体的粘滞性是表征熔体微观结构的敏感物理量。熔体的粘滞性与熔体的结构密切相关，研究熔体粘度对于研究与液态金属结构相关的基础科学和科技应用有非常重要的意义。
　　铝、铟、锡、铋及其合金是重要的工业金属，在现代工业中发挥着重要的作用。本文以这些金属单质及其合金为研究对象，利用带水平磁场的高温熔体粘度仪，测量了不同熔体在不同磁场强度下的粘度，探讨了熔体的粘度与磁场强度以及自身结构之间的关系，为液态金属结构研究奠定了实验基础。
　　研究表明，在磁场条件下，纯金属单质熔体的粘度随着温度的升高而降低，且符合Arrhenius公式;在水平磁场条件下，所有熔体的粘度都变大。金属在熔融状态下可以认为熔体是由金属阳离子与核外的自由电子构成。当温度较高时，金属阳离子会在磁场中做切割磁感线的热运动，会受到洛伦兹力，造成运动状态的改变，从而导致熔体粘度的增加;在相同过热温度下，磁场强度越高，熔体粘度值越大，其中纯铝熔体的粘度值增加的最大。由于铝原子的质量较小，而且在熔体中完全变成铝离子，而锡铋熔体里面则含有共价键，不能完全变成金属阳离子，从而使处于磁场下锡铋熔体粘度的变化程度没有铝熔体粘度的变化大;同时在磁场条件下，金属熔体的粘滞激活能也变大。
　　无磁场条件下，相同原子比的铝钴合金与铝硅合金熔体的粘度变化规律遵循Arrhenius方程;在磁场条件下仍然遵循此种规律，并且粘度值都随着磁场强度的增加而变大。但是在无磁场以及低磁场强度条件下，铝硅合金熔体的粘度小于铝钴合金熔体;在高磁场强度条件下，铝硅合金熔体的粘度大于铝钴合金熔体的粘度。在低磁场强度下，熔体的粘度主要是受温度以及金属性质的影响，而在磁场强度较高情况下，熔体已经变成离子熔体，在磁场中受到洛伦兹力影响，运动状态发生改变，硅粒子的质量较轻，因此铝硅合金粘度增大比较明显。
　　铝硅合金熔体粘度随磁场增大的程度大于铝钴合金，因此，铝硅合金熔体粘度受磁场的作用更大。同时，在磁场中，合金熔体的指前因子以及粘滞激活能变大，从另一方面论证了磁场对合金熔体的粘滞性有显著的影响，使熔体的粘度增加。