Рис. 35. Энергетический баланс прн гетерогенном зарождении без прнмесн (с) и в присутствии примеси (б).

Как известно [10], скорость зарождения центров самопроизвольной кристаллизации п, (м3- с)-1, можно оценить по формуле

п = /С/ ехр (— ^) ехр (— ^) ,

где К/ — множитель пропорциональности, .примерно равный числу атомов в рассматриваемом объеме расплава (для 1 моля К/ = 1023); В—

постоянная вещества, В—~й\—-\ :

АГ = Т — Т0. Первый экспоненциальный множитель отражает действие факторов, тормозящих самопроизвольное зарождение центров кристаллизации. В наибольшей степени на значение п оказывает влияние межфазное натяжение на границе зародыш — расплав о. Чем ниже о, тем больше п. Растворимые в жидком алюминии элементы обычно делятся ка поверхностно-активные и инактивные. Среди поверхностно-активных известны 1Л, Ма, Са, 8г, Ва, Щ, Ы, Бп, РЬ, БЬ, Се, Са\ Те. С их помощью удается существенно уменьшить межфазное натяжение на границе зародыш — расплав и этим сократить интервал метастабиль-ности сплава, т. е. повысить скорость зарождения центров и одновременно благодаря повышению энергии активации Иа из-за адсорбции примесей на гранях кристаллов уменьшить их скорость роста, что в конечном счете ведет к изменению структуры. Поверхностное натяжение в двойных системах А1 — примесь (в мНм) может быть приближенно вычислено по уравнениям [41]:

аА1_п = Л— ВсП:(П.7)

оа1_п = Л— В(К\пси + 1),(П.8)

где Си — концентрация данного элемента П, % (по массе). Значения, коэффициентов в этих уравнениях приведены в табл. 22.

По данным работы [41] присадка 0,1 % № (по массе) снижает тА1 от 820 до 620 мН/м. Значения А в табл. 22, по сути, соответствуют поверхностному натяжению чистого алюминия. Л. Н. Кубичек показал, что если добавляемый элемент поверхностно-активный по отношению к основному компоненту сплава, то он является таковым и по отношению к сплавам алюминия с инактивными элементами, например с медью [42]. К числу инактивных элементов относят Бц 7х\, Си и др. По другим данным Э1 и Си в известной мере также являются поверхностно-активными элементами [43]. Адсорбция последних на поверхности растущих дендритов или ячеистых дендритов приводит к торможению в развитии его осей, в результате чего дендрит получается с тонкими, сильно разветвленными осями. Следствие изменения внут-

Таблица 22. Значения коэффициентов в уравнениях (II. 7) и (II. 8) при 700° С

* При 0,1 % (ат) элемента.

реннего его строения — измельчение выделений вторых фаз, располагающихся преимущественно в межосных пространствах. Такого рода поверхностно-активные примеси называют модификаторами первого рода. Иное действие т. н. модификаторов второго рода. Они создают изолированные твердые частицы или облегчают образование центров кристаллизации на оплавленных зернах основного металла. Модифицирующее действие здесь оказывают соединения В, П, 7л, Сг, Мо, Бс, V, Ш. Эти элементы, как известно,' могут давать оксиды, нитриды и интерметаллиды. Чаще всего в качестве модификаторов второго рода используют некоторые интерметаллиды, характеристика которых приведена в табл. [23].

Тугоплавкие нерастворимые в жидком алюминии соединения могут оказывать так называемое контактное действие на процесс зарождения центров кристаллизации. В присутствии твердых частиц примеси работа образования центров кристаллизации уменьшается, так как зародыши возникают не в объеме переохлажденного расплава, а на готовой поверхности раздела фаз. По формуле, приведенной в работе [10], скорость зарождения центров кристаллизации на частицах примесей может быть вычислена следующим образом:

п = К2 ехр {- [ВоЪ (а12 - с13 + а23)]/[2Г (ДГ2)]}, (11.9)

где К'2— множитель пропорциональности (для 1 моля равен примерно 1016); о12, а13, ои— соответственно межфазное натяжение на границе переохлажденный расплав — кристалл, переохлажденный расплав — примесь, кристалл — примесь. Согласно данной формуле, действие нерастворимой примеси — сокращение интервала метастабильности — имеет место при а23 а13, т. е. когда межфазное натяжение между возникающим зародышем и примесью меньше межфазного натяжения а18 между переохлажденным расплавом и примесью. Естественно, интервал метастабильности равен нулю, если о23= 0. т. е. если в расплав данного вещества введены твердые частицы того же сплава, так как в этом случае а1в= а12.