精密合金材料從熱力學(xué)上講，當(dāng)固體從液體中出現(xiàn)而產(chǎn)生一個新的界面時，在界面處產(chǎn)生了一個自由能增益。獲得的自由能與產(chǎn)生的固體粒子的表面積成正比。精密合金材料對于如上所述的同一球體，半徑為r時，自由能增益為其中，所有都有其通常的含義，‘γ’為球面單位面積的界面自由能。體積自由能變化和界面自由能變化描述了熔體中固體體積產(chǎn)生時，由于這兩種成分的結(jié)果而導(dǎo)致的整體自由能變化。
精密合金材料當(dāng)r較小時，自由能變化的總和為正。然而，當(dāng)r增加時，這個和變成負(fù)的。峰值正值對應(yīng)于臨界半徑“rc”或胚胎晶體。胚胎晶體的半徑必須大于“rc”，從而使δg的自由能變化為負(fù)，胚胎晶體變得穩(wěn)定，生長繼續(xù)進(jìn)行。另一方面，精密合金材料在達(dá)到“rc”之前，自由能變化的總和仍然是正的，并產(chǎn)生一個障礙，阻礙成核和隨后的生長。意圖分析顯示，隨著溫度下降，“rc”繼續(xù)下降。這意味著，隨著溫度的降低，越來越多的胚胎晶體趨于穩(wěn)定，均相成核的可能性增加，允許生長過程繼續(xù)進(jìn)行。
由此可見，精密合金材料均勻成核條件在開始時對核的穩(wěn)定性并不有利，因為要使均勻成核有效，必須有相當(dāng)大的過冷量。然而，在鑄造廠鑄造的實際情況中，熔體不需要過冷以使均勻、穩(wěn)定的核形成，從而開始凝固過程。這是因為，在實際鑄造熔體中，凝固過程是由異相形核開始的。
精密合金材料對于非均相成核，生長的初始界面是由外來粒子[9]提供的。這種外來顆?？梢詠碜酝獠浚部梢栽谌垠w中形成。雜質(zhì)、外來顆粒甚至結(jié)晶器壁都能提供成核所需的部分表面能。眾所周知，成核所需的活化能(自由能壘)較少。因此，精密合金材料底態(tài)的存在降低了自由能勢壘，有助于形成更有生長能力的原子核。這被稱為非均相成核，它比均相成核[10]需要更少的活化能。
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