液態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系Ⅰ
——Mg熔體的運(yùn)動(dòng)黏度及與熔體微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系*

弭光寶李培杰Охапкин А ВКонстантинова Н ЮСабирзянов А АПопель П С

1)(清華大學(xué)新材料國(guó)際研發(fā)中心，北京 100084)2)(Научно-исследовательскый центр Расплав ，Уральский Государственный Педагогический Университет，Екатеринбург 620017，Россия)(2010年8月25日收到;2010年9月16日收到修改稿)

液態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系Ⅰ
——Mg熔體的運(yùn)動(dòng)黏度及與熔體微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系*

弭光寶1)李培杰1)Охапкин А В2)Константинова Н Ю2)Сабирзянов А А2)Попель П С2)

1)(清華大學(xué)新材料國(guó)際研發(fā)中心，北京 100084)2)(Научно-исследовательскый центр Расплав ，Уральский Государственный Педагогический Университет，Екатеринбург 620017，Россия)(2010年8月25日收到;2010年9月16日收到修改稿)

采用坩堝扭擺振動(dòng)法測(cè)量 Mg熔體的運(yùn)動(dòng)黏度，得到935—1190 K溫度區(qū)間高精度的黏度-溫度關(guān)系曲線 v(T)，發(fā)現(xiàn)升溫和降溫過(guò)程中Mg熔體的黏度隨溫度變化呈指數(shù)規(guī)律單調(diào)遞增(減)，沒有發(fā)生異常變化和滯后現(xiàn)象.同時(shí)，利用液態(tài)結(jié)構(gòu)中原子集團(tuán)演變行為的物理模型，計(jì)算得出該溫度區(qū)間Mg熔體的主要結(jié)構(gòu)信息參數(shù)——原子集團(tuán)尺寸-溫度關(guān)系曲線d(T);通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)的綜合分析，發(fā)現(xiàn)Mg熔體的運(yùn)動(dòng)黏度和原子集團(tuán)尺寸均為溫度的單值函數(shù)，且二者之間存在線性的函數(shù)關(guān)系v(d)，即v=v0+K·d(T).該函數(shù)關(guān)系揭示了Mg熔體微觀結(jié)構(gòu)的黏度變化特性，為計(jì)算金屬熔體的運(yùn)動(dòng)黏度及深入認(rèn)識(shí)其微觀本質(zhì)提供了新途徑.

金屬熔體，結(jié)構(gòu)與黏度相關(guān)性，原子集團(tuán)演變，線性關(guān)系

PACS:66.20.Ej，66.20.Cy，61.25.Mv，36.40.－c

1.引 言

液態(tài)作為物質(zhì)存在的一種基本形態(tài)，與固體、氣體相比，液體具有其特殊的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律，同時(shí)液體還是晶態(tài)和非晶態(tài)固體材料的母體，因此液體特別是高溫熔體的微觀結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)的研究十分重要［1］.

液態(tài)金屬的黏滯特性研究一直是人們倍感興趣的課題，一方面它是熔體結(jié)構(gòu)的最敏感物性參數(shù)，能夠間接反映液態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，另一方面它能夠揭示出液、固態(tài)之間相互聯(lián)系的信息，如預(yù)測(cè)晶體組織性能［2］、判斷非晶形成能力［3，4］等，同時(shí)它還是重要的鑄造工藝參數(shù)［5］.目前，有關(guān)熔體黏度及結(jié)構(gòu)方 面 的 研 究 已 見 很 多 報(bào) 道［1，2，6—9］，如 Al，Sn，Sb，Si，F(xiàn)e等，據(jù)黏度隨溫度的變化特性，基本上可分為三類:1)黏度-溫度關(guān)系曲線連續(xù)變化，即黏度隨溫度單調(diào)變化(減小或增大)，多見于簡(jiǎn)單金屬;2)黏度-溫度關(guān)系曲線不連續(xù)變化，即存在異常變化(突變或跳躍)，常見于半金屬;3)升溫和降溫過(guò)程的黏度-溫度關(guān)系曲線不重合，即黏度不是溫度的單值函數(shù)，存在滯后現(xiàn)象.

然而，固態(tài)下具有hcp結(jié)構(gòu)的鎂的熔體黏度隨溫度的變化特性是否屬于上述第一類情況、熔體的微觀結(jié)構(gòu)如何變化等問(wèn)題的系統(tǒng)研究尚未見報(bào)道.這與當(dāng)前固態(tài)條件下鎂及合金的組織性能控制及鎂工業(yè)的發(fā)展極不平衡，其主要原因是鎂熔體高溫的強(qiáng)烈氧化和高的蒸汽壓(如1100 K，1個(gè)大氣壓下鎂蒸汽壓為鋁的1.1×107倍［10］)使黏度的精確測(cè)量十分困難，現(xiàn)有文獻(xiàn)中的零散數(shù)據(jù)基本上源于理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)公式間接得到［10—12］.

此外，僅從黏度-溫度關(guān)系曲線的異常變化(突變或跳躍)研究金屬熔體的微觀結(jié)構(gòu)是不完備的，黏度隨著溫度連續(xù)變化的微觀本質(zhì)是什么，二者之間是否存在函數(shù)關(guān)系?這些問(wèn)題尚不十分清楚，文獻(xiàn)報(bào)道也未給出明確的一致性回答.例如，對(duì)于Al熔體，有的學(xué)者認(rèn)為黏度在670和750℃發(fā)生異常變化是熔體表面的氧化膜形成和破裂所致［13，14］，文獻(xiàn)［15］用熔體中有序度較高的結(jié)構(gòu)單元相對(duì)數(shù)量的突變來(lái)解釋黏度在1050—1250℃區(qū)間的異常變化，有的則認(rèn)為熔體結(jié)構(gòu)發(fā)生了類似固體多晶型轉(zhuǎn)變的“多形性變化”［16，17］;對(duì)于 Sn 熔體，一些學(xué)者對(duì)比研究了高純度和工業(yè)用 Sn，測(cè)量結(jié)果表明，前者升溫和降溫過(guò)程的黏度-溫度關(guān)系曲線重合，即沒有發(fā)生滯后現(xiàn)象，后者則存在滯后性，當(dāng)工業(yè)用Sn熔體過(guò)濾后滯后現(xiàn)象消失，他們認(rèn)為熔體中存在的不溶雜質(zhì)是產(chǎn)生滯后本質(zhì)原因［18］，文獻(xiàn)［19］則認(rèn)為黏度分別在 400和800℃發(fā)生異常變化，并綜合DTA-TG分析結(jié)果作出熔體結(jié)構(gòu)發(fā)生兩次變化的結(jié)論;等等.可見，金屬熔體的黏度與溫度及液態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究.

鑒于上述，本文精確測(cè)量鎂熔體的黏度與溫度的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合前期的理論研究工作［20，21］，嘗試探索鎂熔體的黏度與微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系.

2.實(shí)驗(yàn)方法

采用坩堝扭擺振動(dòng)法對(duì)935—1190 K溫度區(qū)間鎂熔體的黏度進(jìn)行測(cè)量.黏度測(cè)試裝置的主體工作部分如圖1所示，主要由懸掛系統(tǒng)、加熱器以及數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)等組成.測(cè)量時(shí)，在線圈中通入電流，產(chǎn)生的磁場(chǎng)使懸掛系統(tǒng)開始做扭擺運(yùn)動(dòng)，達(dá)一定角度后，線圈停止通電，即去掉外力矩，在內(nèi)摩擦力作用下，系統(tǒng)開始作阻尼扭擺運(yùn)動(dòng)，由于懸掛系統(tǒng)扭擺的對(duì)數(shù)衰減率、周期與熔體黏度保持一定的關(guān)系，于是便可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)衰減率、周期的測(cè)算得到運(yùn)動(dòng)黏度.

坩堝扭擺的對(duì)數(shù)衰減率、周期與運(yùn)動(dòng)黏度的關(guān)系由 Швидковский 公式給出［22］2π;v為運(yùn)動(dòng)黏度;M為液體試樣的質(zhì)量;K為懸掛系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;R為坩堝半徑;H為液體試樣在坩堝中的高度;a，b，c為系統(tǒng)參數(shù);δ為裝入熔體的坩堝扭擺的對(duì)數(shù)衰減率;δ0為空坩堝扭擺的對(duì)數(shù)衰減率;τ為裝入熔體坩堝的扭擺周期;τ0為空坩堝的扭擺周期.

用高純鎂(99.999%)作為實(shí)驗(yàn)材料，試樣尺寸為Φ14 mm×21 mm.為避免鎂熔體的氧化和蒸發(fā)對(duì)黏度測(cè)量產(chǎn)生影響，熔體完全被保護(hù)，且蒸發(fā)質(zhì)量小于0.1 g，主要采取以下操作:1)粗磨、細(xì)磨試樣表面;2)用丙酮清洗試樣、坩堝等表面;3)采用帶滑動(dòng)

圖1 黏度測(cè)試裝置的主體工作部分示意圖 1懸掛系統(tǒng)，2反光鏡，3懸掛系統(tǒng)的容器(向內(nèi)依次為帶螺旋蓋的不銹鋼坩堝、石墨坩堝、鎂熔體)，4雙線加熱器，5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，6激光器，7產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈，8水冷系統(tǒng)，9熱電偶

式中，蓋的石墨坩堝裝載試樣(鎂熔化后石墨蓋緊貼熔體表面)，然后將石墨坩堝裝入帶螺旋蓋的不銹鋼坩堝，再將其裝入懸掛系統(tǒng)的容器;4)懸掛系統(tǒng)所在的腔體中采用高純氦氣(99.9995%)保護(hù)，即開啟抽真空裝置，抽真空后充入氦氣，然后再抽真空(真空壓力表控制)，重復(fù)四次抽真空操作后，最終腔體中通入壓強(qiáng)約為101 kPa的氦氣進(jìn)行保護(hù).

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以8 K/min的速度將液態(tài)金屬試樣加熱至預(yù)先設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)數(shù)衰減率、周期等參數(shù)測(cè)算(利用圖1中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5的光電二極管探測(cè)).對(duì)數(shù)衰減率通過(guò)關(guān)系式 lntn=δ·n+lnt0(t0為懸掛系統(tǒng)扭擺達(dá)到一定角度后，激光第一次通過(guò)系統(tǒng)5中兩個(gè)黑色孔的時(shí)間;tn為激光第n次通過(guò)5中兩黑色孔的時(shí)間)獲得，如圖2所示;扭擺周期為激光兩次通過(guò)5中白色孔的時(shí)間.升溫和降溫過(guò)程中，每間隔約30 K測(cè)量一次參數(shù)，每個(gè)溫度重復(fù)測(cè)量5次參數(shù)(測(cè)量時(shí)間約為20 min)，每次測(cè)量的參數(shù)包括30組數(shù)據(jù)，然后取其平均值進(jìn)行黏度計(jì)算，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)精度.

圖2 對(duì)數(shù)衰減率與測(cè)量參數(shù)之間的關(guān)系

從(1)式可知，黏度值的確定是一個(gè)間接測(cè)量過(guò)程，它依賴于多個(gè)直接測(cè)定參數(shù)，即 ν=f(К，М，R，σ，δ，δ0，τ，τ0)，因此采用下面公式進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)得黏度的相對(duì)誤差［23，24］，即

從直接測(cè)量及處理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可以得到:ΔМ/М，Δτ/τ，Δδ/δ，ΔR/R 和 Δσ/σ 分 別 小 于0.05% ，0.03% ，0.05% ，0.01% 和 0.06% ，ΔК/К 按照文獻(xiàn)［23］的方法進(jìn)行取值.于是，據(jù)(2)式確定了黏度計(jì)算值的相對(duì)誤差，即升溫和降溫過(guò)程中黏度的相對(duì)誤差均低于2.2%.

3.結(jié)果與分析

圖3所示為935—1190 K溫度區(qū)間鎂熔體的黏度-溫度關(guān)系曲線v(T).從圖3中試驗(yàn)值1，2可以看出，在所測(cè)量溫度區(qū)間，鎂熔體黏度隨溫度升高(降低)而逐漸減小(增大)，沒有發(fā)生異常變化;比較升溫和降溫過(guò)程的黏度值發(fā)現(xiàn):在同一溫度下，熔體黏度的最大偏差小于2.0%，這說(shuō)明在允許的誤差范圍內(nèi)，升溫和降溫過(guò)程的黏度-溫度關(guān)系曲線相重合，沒有產(chǎn)生滯后現(xiàn)象.

圖3 鎂熔體黏度-溫度關(guān)系曲線v(T)

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性回歸可以得到升溫和降溫過(guò)程的黏度-溫度關(guān)系擬合曲線 v(T)，如圖3中曲線3，4所示，黏度隨溫度變化關(guān)系如下:

式中，vH，vC分別為升溫和降溫過(guò)程的運(yùn)動(dòng)黏度(m2/s);T為絕對(duì)溫度(K).

從(3)，(4)式中可以看出，鎂熔體的黏度隨溫度的變化規(guī)律呈指數(shù)關(guān)系，且很好地符合Arrhenius方程式［25］

將升溫和降溫過(guò)程測(cè)得的黏度視為其中一個(gè)過(guò)程的試驗(yàn)值進(jìn)行綜合分析，可以得到關(guān)系式

比較(3)，(4)和(6)式可知，常數(shù)的相對(duì)差值均小于3.5%，這說(shuō)明在允許的誤差范圍鎂熔體的黏度是溫度的單值函數(shù)，即在所測(cè)量溫度區(qū)間，鎂熔體黏度的溫度變化特性可用(6)式表示.表1是據(jù)(6)式計(jì)算得到的黏度值與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)(包括計(jì)算外推值)的比較，綜合二者結(jié)果的相對(duì)誤差，可見文獻(xiàn)中的零散數(shù)據(jù)與本試驗(yàn)相應(yīng)溫度的黏度值相符合.

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合值與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的比較

由于黏度本質(zhì)上反映的是熔體中微觀粒子間的相互作用，所以黏度隨溫度的單調(diào)性變化體現(xiàn)了熔體微觀結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化.根據(jù)金屬熔體結(jié)構(gòu)的微觀不均勻性理論［2，27，28］，熔化后的金屬熔體由帶有低能量原子的類晶體原子集團(tuán)(平均尺寸為 2—5 nm，存在時(shí)間約為 10－7—10－8s)和含有高能量激活原子的失穩(wěn)區(qū)域構(gòu)成.統(tǒng)計(jì)意義上，隨著溫度的升高，熔體中類晶體原子集團(tuán)的平均尺寸逐漸減小，失穩(wěn)區(qū)域的激活原子濃度逐漸增大［21］.Швидковский 等［18］通過(guò)研究純錫和含有雜質(zhì)的工業(yè)純錫熔體的黏度得出，在壓力一定的條件下，熔體中包含在類晶體原子集團(tuán)內(nèi)部的原子濃度(數(shù)量)僅是溫度一個(gè)參數(shù)的函數(shù);Sklyarchuk等［9］通過(guò)研究鋁及其合金熔體黏度、密度等物性認(rèn)為，價(jià)電子參與了類晶體原子集團(tuán)內(nèi)部?jī)r(jià)鍵的形成，當(dāng)熔體中添加異類元素時(shí)，形成的原子集團(tuán)及其相互作用存在差異，如原子集團(tuán)由結(jié)合力較強(qiáng)的原子構(gòu)成時(shí)，它的存在時(shí)間大于由結(jié)合力較弱原子構(gòu)成的集團(tuán)，這些原子集團(tuán)是黏性流動(dòng)的獨(dú)立單元.在相同溫度下，經(jīng)電脈沖處理的鋁熔體的黏度測(cè)量及DSC分析結(jié)果也證明了這一點(diǎn)［29］，黏度的增大是熔體有序化提升、原子集團(tuán)尺度增大的宏觀反映.可見，隨著溫度升高，原子集團(tuán)內(nèi)部及其與周圍失穩(wěn)區(qū)域內(nèi)激活原子之間的相互作用大為減弱，二者之間原子的交換頻率增強(qiáng)，從而導(dǎo)致原子集團(tuán)內(nèi)包含的近程有序原子的相對(duì)濃度減小(失穩(wěn)區(qū)域內(nèi)原子濃度相對(duì)增大)，宏觀上表現(xiàn)為黏度的降低.

4.討 論

由上述結(jié)果分析可知，宏觀上鎂熔體黏度隨溫度的連續(xù)變化反映了熔體微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，即黏度的溫度變化特性與原子集團(tuán)、激活原子濃度等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間存在相互聯(lián)系.

4.1.液態(tài)結(jié)構(gòu)中原子集團(tuán)的演變行為

據(jù)金屬熔體結(jié)構(gòu)信息的計(jì)算模型［20，21］，原子集團(tuán)的演變行為可以利用激活原子相對(duì)濃度CA，原子集團(tuán)的平均尺寸d及其內(nèi)部包含的近程有序原子數(shù)nij等結(jié)構(gòu)信息參數(shù)描述，

即式中，A為振動(dòng)熵項(xiàng);k為玻爾茲曼常數(shù);α為幾何形狀因子，0(α≤1;Z1為金屬熔化前的配位數(shù);r為原子集團(tuán)中原子間距離;Q為激活能;C0為熔點(diǎn)處激活原子的相對(duì)濃度;Tm為熔點(diǎn)溫度;TC為熔體從液態(tài)到氣態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中第一次發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變(原子集團(tuán)失穩(wěn))的溫度.

從(7)式可以看出，隨著溫度的升高，CA逐漸增加、R逐漸減小和nij逐漸減少，即類晶體原子集團(tuán)內(nèi)的原子濃度逐漸減小，熔體的有序度不斷下降.

將鋁的熱物理性參數(shù)及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)［30，31］代入(7)式，得到鋁熔體中原子集團(tuán)的平均尺寸隨溫度變化的關(guān)系式

于是，據(jù)(8)式計(jì)算得出鋁熔體中原子集團(tuán)平均尺寸的變化情況，如圖4(a)所示.其中，部分溫度所對(duì)應(yīng)的原子集團(tuán)尺寸已被離心法或X衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)量［32，33］，鑒于 X 射線衍射實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)半徑rc表示的是原子集團(tuán)尺寸的下限值［34］，所以可以認(rèn)為理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值相符合，這為液態(tài)結(jié)構(gòu)中原子集團(tuán)尺寸計(jì)算模型提供了直接的驗(yàn)證.

同理，將鎂的熱物理性參數(shù)及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)［30，31］代入(7)式，可以得到鎂熔體中原子集團(tuán)的平均尺寸隨溫度變化的關(guān)系式

據(jù)(9)式計(jì)算得出935—1190 K溫度區(qū)間鎂熔體中原子集團(tuán)的演變行為，如圖4(b)所示，原子集團(tuán)的平均尺寸隨溫度升高(降低)而不斷減小(增大).

圖4 鋁、鎂熔體原子集團(tuán)尺寸-溫度關(guān)系曲線d(T) (a)鋁熔體;(b)鎂熔體

4.2.黏度與原子集團(tuán)尺寸的關(guān)系

圖5是鎂熔體黏度與原子集團(tuán)尺寸之間的關(guān)系曲線v(d).從圖5中試驗(yàn)值1，2可以看出，升溫和降溫過(guò)程中的黏度隨原子集團(tuán)尺寸的增大近似分布在一條直線上，即熔體黏度隨原子集團(tuán)尺寸的增大而呈線性增加，可見黏度隨溫度的規(guī)律性變化反映了熔體中原子集團(tuán)的演變行為.

通過(guò)擬合鎂熔體黏度的試驗(yàn)值(圖5中1，2)和原子集團(tuán)尺寸的理論計(jì)算值，可以得到二者之間的函數(shù)關(guān)系式，即

從(10)，(11)式可以看出，鎂熔體的黏度 v與原子集團(tuán)的平均尺寸d之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即黏度隨溫度的變化規(guī)律呈線性關(guān)系，可歸納為下面通式:

式中，v0，K均為常數(shù);d(T)為原子集團(tuán)的平均直徑(nm);T為絕對(duì)溫度(K).

同樣地，將升溫和降溫測(cè)得的黏度視為其中一個(gè)過(guò)程的試驗(yàn)值，可以得到關(guān)系式

比較(10)，(11)和(13)式可知，常數(shù)的相對(duì)偏差均在3.5%以內(nèi)，這說(shuō)明在允許的誤差范圍鎂熔體的黏度是熔體主要微觀結(jié)構(gòu)信息——原子集團(tuán)平均尺寸的單值函數(shù)，即鎂熔體微觀結(jié)構(gòu)的黏度變化特性可用(13)式表示.

(13)式定量描述了鎂熔體的宏觀黏度與微觀結(jié)構(gòu)信息之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，綜合(7)和(13)式即可以得到液相線以上至TC溫度的鎂熔體的運(yùn)動(dòng)黏度.這為計(jì)算鎂熔體黏度及深入認(rèn)識(shí)其微觀本質(zhì)計(jì)算提供了新的途徑.由于熔體黏度與原子集團(tuán)的平均尺寸均為溫度的單值函數(shù)，所以該線性函數(shù)關(guān)系的揭示同時(shí)為金屬熔體結(jié)構(gòu)信息的計(jì)算模型提供了間接驗(yàn)證.

圖5 鎂熔體黏度－原子集團(tuán)尺寸的關(guān)系曲線v(d)

5.結(jié) 論

本文采用坩堝扭擺振動(dòng)法精確測(cè)量了935—1190 K溫度區(qū)間升溫和降溫過(guò)程的鎂熔體的運(yùn)動(dòng)黏度，其相對(duì)誤差低于2.2%;隨著溫度的升高(或降低)，黏度呈指數(shù)規(guī)律下降(或升高)，沒有發(fā)生異常變化，且很好地符合 Arrhenius關(guān)系;比較升溫和降溫過(guò)程的黏度值，發(fā)現(xiàn)二者的黏度-溫度關(guān)系曲線相重合，沒有產(chǎn)生滯后現(xiàn)象.同時(shí)，利用金屬熔體結(jié)構(gòu)信息的計(jì)算模型研究了液相線以上不高溫度區(qū)間的鋁熔體結(jié)構(gòu)信息的變化，計(jì)算結(jié)果與已有試驗(yàn)值相符合，進(jìn)而研究了935—1190 K溫度區(qū)間的鎂熔體中原子集團(tuán)的演變行為，隨著溫度的升高(或降低)，原子集團(tuán)尺寸逐漸減小(或增大).通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，鎂熔體的黏度與原子集團(tuán)尺寸之間存在線性的函數(shù)關(guān)系，即v=v0+K· d(T)，該線性關(guān)系定量描述了鎂熔體的宏觀黏度與微觀結(jié)構(gòu)信息之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為深入認(rèn)識(shí)金屬熔體黏度的微觀本質(zhì)提供了新思路.

致謝作者感謝中國(guó)科學(xué)院物理研究所王強(qiáng)老師在黏度測(cè)量精度方面提出的寶貴意見.

［1］ Wang Q，Lu K Q，Li Y X 2001 Chinese Science Bulletin 46 1431

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PACS:66.20.Ej，66.20.Cy，61.25.Mv，36.40.－c

Relationship between liquid structure and propertyⅠ—Kinematic viscosity of magnesium melt and its relationship with the microstructure*

Mi Guang-Bao1)Li Pei-Jie1)Ohapkin A V2)Konstantinova N Yu2)Sabirzianov A A2)Popel P S2)
1)(National Center of Novel Materials for International Research，Tsinghua University，Beijing 100084，China)2)(Research Center Melt ，Ural State Pedagogical University，26 Cosmonavtovst，Ekaterinburg 620017，Russia)(Received 25 August 2010;revised manuscript received 16 September 2010)

The method of crucible rotating oscillation damping was employed to measure the kinematic viscosity of magnesium melt and the curve of viscosity v versus temperature T from 935 K to 1190 K was obtained.It is exponential increase(decrease)law of viscosity with the temperature during heating and cooling process;Besides，based on the physical model for evolution behavior of atomic cluster in liquid structure，the main structural information of magnesium melt in this temperature interval—the curve of size d of atomic cluster versus temperature T was obtained;By analyzing the experimental and calculated data，it is found that both kinematic viscosity and size of atomic cluster of magnesium melt are monodrome function of the temperature and the relation between them is linear function，i.e.，v=v0+K·d(T).This relation reveals the change characteristic of viscosity for magnesium melt microstructure，which presents a new way for calculating kinematic viscosity of metal melt and understanding the micro-nature deeply.

metal melt，correlation between structure and viscosity，evolution of atomic clusters，linear relationship

*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào):2007CB613702)和國(guó)際科技合作項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):2007DFC50090)資助的課題.

E-mail:mgb07@mails.tsinghua.edu.cn

*Project supported by the National Basic Research Program of China(Grant No.2007CB613702)and International Cooperation Program in Science and Technology(Grant No.2007DFC50090).

E-mail:mgb07@mails.tsinghua.edu.cn