پديد آورنده :
نصراصفهاني، محمدرضا
عنوان :
تاثير اعمال ميدان الكتريكي متناوب بر خصوصيات رشد دندريتي يك ماده مدل شفاف
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان ، دانشكده مهندسي مواد
صفحه شمار :
شانزده، 127ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
بهزاد نيرومند، احمد كرمانپور
توصيفگر ها :
انجماد , شاخه اصلي , شاخه جانبي , متغيرهاي رشد , ضريب ناهمسانگردي , مدل LGK
تاريخ نمايه سازي :
1394/07/14
استاد داور :
حسين آشوري، محمدعلي گلعذار، فخرالدين اشرفي زاده
كد ايرانداك :
ID791 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده ابعاد و ريخت ريزساختار حاصل از انجماد به دليل تاثيري كه بر خواص مكانيكي فيزيكي و حتي كيفيت سـطحي مـاده در حـال انجمـاد دارد از اهميت بسيار بالايي در صنعت ريختهگري برخوردار است روشهاي متعددي بـراي ريزسـازي و بهسـازي سـاختارهاي انجمـادي ارايه شده است كه اعمال ميدان الكتريكي در حين انجماد يكي از جديدترين اين روشها است با وجود گذشـت 03 سـال از ابـداع ايـن روش براي بهسازي ريزساختار انجمادي فلزات به دليل مشكلات كار در دماي بالا و نيز غيرشفاف بودن فلزات تـاكنون مكـانيزم دقيـق و تاييد شدهاي در مورد ارتباط ميدان الكتريكي با متغيرهاي رشد و تاثير آن بر مراحل انجماد ارايه نشـده اسـت در ايـن پـژوهش بـا هـدف ارزيابي تاثير اعمال ميدان الكتريكي بر مرحله رشد مواد بلوري از يك ماده مـدل شـفاف بلـوري و هـادي الكتريسـته سوكسـينونيتريل استفاده گرديد ابتدا محفظه رشد تك دندريتهاي اين ماده طراحي و ساخته شد و سـپس دنـدريتهـاي پليمـري در ايـن محفظـه تحـت ميدان الكتريكي در چگالي جريانهاي 2 3 75 2 5 1 25 0 625 mA mm و 5 رشد داده شد مراحل رشد و شكلگيري اين دندريتها توسط دوربين ويژهاي ثبت و متغيرهايي نظير ضريب ناهمسانگردي سرعت رشد دندريت شعاع نـوك دنـدريت طـول خـود متشـابهي فاصله بازوهاي جانبي پهناي خط محاطي دندريت مساحت سطح تصـوير دنـدريت و محـيط تصـوير دنـدريت در چگـالي جريـانهـاي مختلف با استفاده از آناليز تصويري بررسي شد و روابط حاكم بر آنها بهدست آمد نتايج حاصله نشان داد كه با اعمـال ميـدان الكتريكـي سرعت رشـد دنـدريت كـاهش و شـعاع نـوك و ضـريب ناهمسـانگردي آن افـزايش مـييابـد عـلاوه بـراين بـا وجـود افـزايش ضـريب ناهمسانگردي و بر خلاف انتظار شاخههاي جانبي كمتري تشكيل ميشود اعمال ميدان الكتريكي به مذاب اگرچه فاصله بازوهاي جانبي دندريت را افزايش ميدهد ولي به دليل افزايش همزمان شعاع تغيير قابل توجهي در روابط بدون بعد حاكم ايجاد نميكند و رابطه تـواني حاكم بر آن حفظ ميشود همچنين پهناي محاطي دندريت با اعمال ميدان الكتريكي به دليل تشـديد جريـان همرفتـي در مـذاب افـزايش مييابد و در حالت بدون بعد نسبت به فاصله از نوك دندريت از يك رابطه تواني تبعيت ميكند مساحت سطح تصوير دندريت با اعمـال ميدان الكتريكي به مذاب در ابتدا به دليل رشد محدودتر بازوهاي جانبي كاهش مييابد ولي در ادامه بـه دليـل بزرگتـر شـدن شـاخههـاي جانبي با اعمال ميدان الكتريكي با حفظ رابطه تواني افزايش مييابد با توجه به اينكه اندازهگيري محيط تصوير دندريت با روش مرسـوم نتايجي بينظم و غيرقابل تفسير به دست داد روشي جديد براي محاسبه محيط تصـوير دنـدريت پيشـنهاد و مـورد آزمـايش قـرار گرفـت نتايج بهدست آمده از اين روش نشان داد كه با اعمال ميدان الكتريكي محيط تصوير دندريت نيز افزايش مييابد بررسيهاي انجام گرفته با استفاده از مدل LGK نشان داد كه اين مدل در شرايط عادي نميتواند پيشبيني صحيح ارائه دهد و براي افزايش دقـت پـيشبينـي لازم است متغيرهايي نظير ضريب توزيع تعادلي تغيير داده شود در اين صورت نتايج بدست آمده واقعيتر خواهـد بـود ولـي بـه دليـل در نظـر نگرفتن جريان همرفتي در مدل LGK همچنان اختلاف در نتايج وجود دارد كلمات كليدي ميدان الكتريكي انجماد مدل شفاف دندريت شاخه اصلي شاخه جانبي متغيرهاي رشد ضريب ناهمسانگردي مدل LGK
چكيده انگليسي :
1 Influence of Application of Alternative Electric Field on Dendritic Growth Characteristics of a Transparent Model Material Mohamad Reza Nasresfahani mr nasr2001@ma iut ac ir 19 Sep 2015 Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Iran1st Supervisor Behzad Niroumand12nd Supervisor Ahmad Kermanpur2 Mehdi Raeissi3Advisor AbstractSolidification under an applied electric field is a novel modification technique for refiningdendritic microstructures Due to opaque nature of metals and their high melting points it isdifficult to investigate the mechanisms by which an electric field can influence the solidificationor the growth parameters The present research used a crystalline and electrically conductivetransparent model material i e Succinonitrile SCN to investigate the influence of electric fieldon the growth stages of crystalline materials To do this first a growth chamber was designed toallow for the growth of a single SCN dendrite under an applied electric field Growth stages ofsingle dendrites were then recorded by an imaging system The images and videos taken wereused to investigate different growth parameters including the universal amplitude coefficient thedendritic growth velocity the tip radius of the dendrite the self similar length the distancebetween the side branches the envelope width the projection area and the contour length of thedendrite as well as their relationship The results showed that by applying an electric current thegrowth velocity of the dendrites decreased whereas its tip radius and universal amplitudecoefficient increased As the convection flow intensifies in the presence of an electric current thescaled envelope width with respect to the dendritic tip also increases following a powerfunction The limited growth of the side branches in the early stages of application of the electriccurrent causes a decrease in the projection area of the dendrite which is then increased following apower function as the side branches grow larger The contour length of the dendrite is alsoincreased in the presence of the electric current The results show that predications of the LGKmodel are not correct under an electric field and that some parameters including a modifiedequilibrium distribution coefficient should be introduced to increase the accuracy of predictions Keyword Solidification Electric current Transparent model Dendrite Side branch Growthvariable Universal Amplitude Coefficient LGK model1 IntroductionDendritic growth is a common mode of crystal growth observed in most materials Study of theevolution of dendrites and control of their growth pattern are important as they determine the finalsolidified microstructure and dictate many of the final properties of the material 1 2 Extensivecolumnar dendritic microstructure for example is very often undesirable because it results insome solidification defects such as shrinkage porosity and macro segregation In recent years several methods including chemical refining increasing the cooling rate superheat treatment vibration and use of magnetic field have been proposed to control andmodify the dendritic microstructure 3 Another recent method used by Nakada 4 for the firsttime is to apply an electric field on the melt during solidification Concentration and temperature1 Professor Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Iran2 Professor Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology Iran3 Assitant Professor Department of Materials Engineering Faculty of Engineering Shahrekord University
استاد راهنما :
بهزاد نيرومند، احمد كرمانپور
استاد داور :
حسين آشوري، محمدعلي گلعذار، فخرالدين اشرفي زاده
