طريقة التبريد بالمعدن السائل

من أجل تحسين التدرج الحراري بشكل أكبر في التبلور定向، طور الباحثون طريقة تبريد باستخدام المعدن السائل بناءً على طريقة التبريد السريع. هذه الطريقة تستخدم المعدن السائل لتبريد القوالب، أي أن القوالب المستخرجة تُغمر في معدن سائل يتميز بانتقال حراري عالٍ ونقطة غليان مرتفعة ونقطة انصهار منخفضة (يُستخدم الزنك Sn بشكل رئيسي) (انظر الشكل 1(b)) لزيادة كفاءة التبريد. يمكن لهذه الطريقة التي تعتمد على تبريد المعدن السائل أن تحسن معدل تبريد القوالب والتدرج الحراري للواجهة الصلبة-السائلة، يصل إلى 200 كيلو/سم، ويمكنها الحفاظ على تدرج حراري مستقر، مما يجعل عملية التبلور مستقرة، وبالتالي يمكن تقليل الفاصل بين الأشجار البلورية بشكل كبير وتقليل احتمالية حدوث مختلف العيوب التبلورية. ومع ذلك، فإن طريقة تبريد المعدن السائل لديها بعض القيود، مثل: أن المعدات المطلوبة لهذه الطريقة معقدة، ولا تكون العملية عملية بما يكفي في التطبيق العملي؛ وأن وسيط التبريد Sn هو عنصر ضار، وعندما تُغمَر القوالب في المعادن المنصهرة ذات نقطة الانصهار المنخفضة مثل الزنك Sn، يكون من السهل اختراق السائل الزنك والتأثير على القوالب بالسلب. في السنوات الأخيرة، قام الناس بتحسين العملية من جوانب إعداد القشرة، وقاموا بتحسين العيوب في عملية تبريد المعدن السائل، والتي تم تطبيقها الآن في إنتاج شفرات التوربينات أحادية البلورة للمحركات النفاثة وأيضًا في إنتاج شفرات التوربينات أحادية البلورة الكبيرة حجمًا المستخدمة في توربينات الغاز الأرضية.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف طرق جديدة باستمرار لزيادة تدرج الحرارة، مثل: تقنية التصلب定向 المبردة بالغاز، وتقنية التصلب定向 بتشكيل الكهرومغناطيسي المقيد، والتبريد الفائق للصلب定向 (SDS)، والتصلب السريع بالليزر (LRM)، وتقنية التصلب定向 لتبريد السرير السائل، وتقنية التصلب定向 ثنائي الأبعاد (الصلب bidirectional، BDS)، وتقنية التصلب定向 لصب القشور الرقيقة. ومع ذلك، لا تزال هذه التقنيات الجديدة غير ناضجة ولم يتم تطبيقها في التصلب定向 لمراوح turbin الغاز.

طريقة تبريد تعزيز رذاذ المعدن السائل

من أجل التغلب على المشكلات مثل تلوث القالب بالسائل المعدني المبرد وسهولة تكوين عيوب في القالب باستخدام طريقة التبريد بالمعدن السائل، طور فريقنا البحثي تقنية التبلور الاتجاهي لتبريد الرش المعدني السائل (LMSC) وطور معدات صناعية للتبلور الاتجاهي. يُظهر الشكل 2 هيكل تصميم وموضوع موقد التبلور الاتجاهي لتقنية LMSC. تعتمد تقنية LMSC على تقنية LMC الأصلية التي كانت تتضمن غمر القالب والمسبك مباشرة في المعدن السائل للتبريد، إلى استخدام المعدن السائل للرش المبرد للقالب والمسبك. هذه التقنية تتميز بقدرة عالية على التخلص من الحرارة، وتبريد موحد وعزل حراري جيد بين منطقة العزل ومنطقة التبريد. لا تقتصر تقنية LMSC على الحفاظ على مزايا قدرة التبريد القوية لتقنية LMC، بل تحل أيضًا مشاكل تقنية LMC. بسبب معدل تدفق المعدن السائل القابل للتحكم أثناء الرش، بالاشتراك مع ضبط معدل الانسحاب، يمكن الحصول على بلورات عمودية أو بلورة واحدة ذات بنية جيدة ومسافة شجيرات أصغر، مما يمكن أن يقلل أو حتى يتجنب تكوين عيوب التصلب في السبائك الفائقة. تعتبر تقنية التبلور الاتجاهي LMSC ذات أهمية كبيرة لتطوير وإنتاج الصناعي للسبائك الفائقة.