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液態(tài)和穩(wěn)定顆粒在單個(gè)液態(tài)鋁合金膜中的運(yùn)動(dòng)
（論文部分內(nèi)容摘抄）
液態(tài)金屬膜是金屬泡沫的組成元素，由液態(tài)(這里指鋁合金)穩(wěn)定熔體中固體顆粒的膜和氣相之間的復(fù)雜相互作用所控制。我們使用同步輻射X射線照相技術(shù)研究粒子動(dòng)力學(xué)和分析粒子的運(yùn)動(dòng)，通過應(yīng)用新穎的圖像處理技術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)粒子是單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的而且是成簇運(yùn)動(dòng)的。它們可以隨熔體長(zhǎng)久移動(dòng)，或被膜表面捕獲隨后甚至再次釋放。這項(xiàng)工作的目的是觀察顆?；蝾w粒團(tuán)簇與膜表面之間的相互作用，并了解這種顆粒如何減少膜中的液體流動(dòng)和提高膜的穩(wěn)定性。
泡沫是各種結(jié)構(gòu)元素體:將空間分割成單元的二維曲面(也叫薄膜)，三層薄膜交匯處的一維所謂高原邊界，以及四個(gè)高原邊界相交的節(jié)點(diǎn)。液態(tài)金屬泡沫經(jīng)凝固后形成固體結(jié)構(gòu)，是一種很有前途的建材。金屬泡沫由于界面面積大，具有比較好亞穩(wěn)態(tài)，只有當(dāng)熔體含有固體非金屬顆粒時(shí)，才能保持其穩(wěn)定性，而這些顆粒是形成膜和形成膜的元件。泡沫穩(wěn)定性，分散在液相中。如果它們附著在薄膜表面，它們會(huì)阻礙薄膜的變薄，從而導(dǎo)致薄膜的破裂，如果它們不流過薄膜表面。粒子也是液體速度的標(biāo)志。液體的流速表示液體的流動(dòng)，例如毛細(xì)管吸入或排水的影響，這些影響導(dǎo)致薄膜變薄，導(dǎo)致薄膜不穩(wěn)定和隨后的破裂。顆粒在膜表面/氧化皮上的數(shù)量和固定速度是膜穩(wěn)定速度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。 在液態(tài)鋁合金中，這些固體顆粒通常是碳化硅。需要多少這樣的顆粒才能使薄膜保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間穩(wěn)定，它們應(yīng)該有多大一直是人們研究的課題。
如圖薄膜拉伸過程和熱耦合四重平行框架裝置的示意圖。紅色斷裂的框架表示同步加速器放射檢查的視野(FOV)，此時(shí)薄膜仍然是液態(tài)的。b，a中框架結(jié)構(gòu)的示意圖，其中較低的陰影幀是虛設(shè)幀。c、d相關(guān)上絲框架對(duì)和相應(yīng)懸掛金屬膜的側(cè)視截面(凝固后的結(jié)構(gòu)和光學(xué)顯微圖像)。
發(fā)光圖像通過鏡子和物鏡投射到pco.dimax高速相機(jī)的傳感器上(2016x2016像素，11um傳感器像素大小，比較高1200幀/秒記錄速率，德國Excelitas PCO 公司)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的有效像素大小為2.7微米。圖像被記錄在一個(gè)幀速率為50fps。數(shù)據(jù)處理從非均勻亮度變化的均衡開始。對(duì)于每個(gè)圖像幀，我們減去原始圖像的低通濾波版本。
采用光流法。光流模型考慮到多個(gè)圖像特征，并采用時(shí)空平滑。模型的更多細(xì)節(jié)可以在其他地方找到。通過光學(xué)流場(chǎng)計(jì)算，我們得到了稠密的流場(chǎng)，可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析(例如，通過量級(jí)、方向等的計(jì)算)。在一些量化步驟中，粒子被1-2個(gè)像素(分別對(duì)應(yīng)2.7-5.4um)侵蝕，例如用于圖像分割由于SiC顆粒尺寸名義上為10um，因此由于消除較小顆粒而損失的信息可以忽略不計(jì)特別是因?yàn)閷?duì)大顆粒和顆粒團(tuán)觀察到的影響。通過粒子跟蹤和4秒鐘時(shí)間顏色積分，獲得時(shí)間顏色編碼的粒子軌跡。
單個(gè)液態(tài)鋁合金薄膜中的固體SiC顆粒的動(dòng)力學(xué)可視化同步輻射X射線和他們的數(shù)量，團(tuán)聚水平運(yùn)動(dòng)路徑和速度分析新穎的圖像處理技術(shù)。液態(tài)合金中的粒子可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，但通常以團(tuán)簇形式運(yùn)動(dòng)。起初，它們主要在重力的驅(qū)動(dòng)下向下移動(dòng)，但由于吸力，汽車改變了方向，向旁邊的高原邊緣移動(dòng)。在某些情況下，由于毛細(xì)力超過重力，顆粒甚至向上流動(dòng)。發(fā)現(xiàn)了先前固定的片段的集體運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為速度圖的突變，這可以解釋為膜氧化皮的破裂。團(tuán)簇可被氧化物層或其它固定團(tuán)簇捕獲。
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