Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ahmad KermanPour
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamadreza Nasresfahani
محمدرضا نصراصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Influence of Application of Alternative Electric Field on Dendritic Growth Characteristics of a Transparent Model Material
Solidification under an applied electric field is a novel modification technique for refining dendritic microstructures. Due to opaque nature of metals and their high melting points, it is difficult to investigate the mechanisms by which an electric field can influence the solidification or the growth parameters. The present research used a crystalline and electrically conductive traarent model material, i.e. Succinonitrile (SCN), to investigate the influence of electric field on the growth stages of crystalline materials. To do this, first a growth chamber was designed to allow for the growth of a single SCN dendrite under an applied electric field. Growth stages of single dendrites were then recorded by an imaging system. The images and videos taken were used to investigate different growth parameters including the universal amplitude coefficient, the dendritic growth velocity, the tip radius of the dendrite, the self similar length, the distance between the side branches, the envelope width, the projection area and the contour length of the dendrite, as well as their relationship. The results showed that by applying an electric current, the growth velocity of the dendrites decreased whereas its tip radius and universal amplitude coefficient increased. As the convection flow intensifies in the presence of an electric current, the scaled envelope width (with respect to the dendritic tip) also increases following a power function. The limited growth of the side branches in the early stages of application of the electric current causes a decrease in the projection area of the dendrite which is then increased following a power function as the side branches grow larger. The contour length of the dendrite is also increased in the presence of the electric current. The results show that predications of the LGK model are not correct under an electric field and that some parameters including a modified equilibrium distribution coefficient should be introduced to increase the accuracy of predictions.
ابعاد و ریخت ریزساختار حاصل از انجماد به دلیل تاثیری که بر خواص مکانیکی، فیزیکی و حتی کیفیت سطحی ماده در حال انجماد دارد از اهمیت بسیار بالایی در صنعت ریخته گری برخوردار است. روش های متعددی برای ریزسازی و بهسازی ساختارهای انجمادی ارایه شده است که اعمال میدان الکتریکی در حین انجماد یکی از جدیدترین این روش ها است. با وجود گذشت 30 سال از ابداع این روش برای بهسازی ریزساختار انجمادی فلزات، به دلیل مشکلات کار در دمای بالا و نیز غیرشفاف بودن فلزات تاکنون مکانیزم دقیق و تایید شده ای در مورد ارتباط میدان الکتریکی با متغیرهای رشد و تاثیر آن بر مراحل انجماد ارایه نشده است. در این پژوهش با هدف ارزیابی تاثیر اعمال میدان الکتریکی بر مرحله رشد مواد بلوری، از یک ماده مدل شفاف بلوری و هادی الکتریسته (سوکسینونیتریل) استفاده گردید. ابتدا محفظه رشد تک دندریت های این ماده طراحی و ساخته شد و سپس دندریت های پلیمری در این محفظه تحت میدان الکتریکی در چگالی جریان های mA/mm 2 625/0، 25/1، 5/2، 75/3 و 5 رشد داده شد. مراحل رشد و شکل گیری این دندریت ها توسط دوربین ویژه ای ثبت و متغیرهایی نظیر ضریب ناهمسانگردی، سرعت رشد دندریت، شعاع نوک دندریت، طول خود متشابهی، فاصله بازوهای جانبی، پهنای خط محاطی دندریت، مساحت سطح تصویر دندریت و محیط تصویر دندریت در چگالی جریان های مختلف با استفاده از آنالیز تصویری بررسی شد و روابط حاکم بر آنها به دست آمد. نتایج حاصله نشان داد که با اعمال میدان الکتریکی سرعت رشد دندریت کاهش و شعاع نوک و ضریب ناهمسانگردی آن افزایش می یابد. علاوه براین با وجود افزایش ضریب ناهمسانگردی و بر خلاف انتظار شاخه های جانبی کمتری تشکیل می شود. اعمال میدان الکتریکی به مذاب اگرچه فاصله بازوهای جانبی دندریت را افزایش می دهد ولی به دلیل افزایش همزمان شعاع، تغییر قابل توجهی در روابط بدون بعد حاکم ایجاد نمی کند و رابطه توانی حاکم بر آن حفظ می شود. همچنین پهنای محاطی دندریت با اعمال میدان الکتریکی به دلیل تشدید جریان همرفتی در مذاب افزایش می یابد و در حالت بدون بعد نسبت به فاصله از نوک دندریت از یک رابطه توانی تبعیت می کند. مساحت سطح تصویر دندریت با اعمال میدان الکتریکی به مذاب در ابتدا به دلیل رشد محدودتر بازوهای جانبی کاهش می یابد ولی در ادامه به دلیل بزرگتر شدن شاخه های جانبی با اعمال میدان الکتریکی با حفظ رابطه توانی افزایش می یابد. با توجه به اینکه اندازه گیری محیط تصویر دندریت با روش مرسوم، نتایجی بی نظم و غیرقابل تفسیر به دست داد، روشی جدید برای محاسبه محیط تصویر دندریت پیشنهاد و مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج به دست آمده از این روش نشان داد که با اعمال میدان الکتریکی محیط تصویر دندریت نیز افزایش می یابد. بررسی های انجام گرفته با استفاده از مدل LGK نشان داد که این مدل در شرایط عادی نمی تواند پیش بینی صحیح ارائه دهد و برای افزایش دقت پیش بینی لازم است متغیرهایی نظیر ضریب توزیع تعادلی تغییر داده شود. در این صورت نتایج بدست آمده واقعی تر خواهد بود ولی به دلیل در نظر نگرفتن جریان همرفتی در مدل LGK همچنان اختلاف در نتایج وجود دارد. کلمات کلیدی: میدان الکتریکی، انجماد، مدل شفاف، دندریت، شاخه اصلی، شاخه جانبی، متغیرهای رشد، ضریب ناهمسانگردی، مدل LGK

ارتقاء امنیت وب با وف بومی