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| 液态金属 |
液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。液态金属成形过程及控制，液态金属充型过程的水力学特性及流动情况充型过程对铸件质量的影响很大可能造成的各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等缺陷，都是在液态金属充型不利的情况下产生的。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。单质中只有水银是液态金属，镓、铷、铯是低熔点金属。
简介
液态金属在砂型中流动时呈现出如下水力学特性：1.粘性流体流动：液态金属是有粘性的流体。液态金属的粘性与其成分有关，在流动过程中又随液态金属温度的降低而不断增大，当液态金属中出现晶体时，液体的粘度急剧增加，其流速和流态也会发生急剧变化。2.不稳定流动：在充型过程中液态金属温度不断降低而铸型温度不断增高，两者之间的热交换呈不稳定状态。随着液流温度下降，粘度增加，流动阻力也随之增加；加之充型过程中液流的压头增加或和减少，液态金属的流速和流态也不断变化，导致液态金属在充填铸型过程中的不稳定流动。3.多孔管中流动：由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的浇注系统和型腔看作是多孔的管道和容器。液态金属在“多孔管”中流动时，往往不能很好地贴附于管壁，此时可能将外界气体卷入液流，形成气孔或引起金属液的氧化而形成氧化夹渣。4.紊流流动：生产实践中的测试和计算证明，液态金属在浇注系统中流动时，其雷诺数Re大于临界雷诺数Re临，属于紊流流动。例如ZL104合金在670℃浇注时，液流在直径为20mm的直浇道中以50cm/s的速度流动时，其雷诺数为25000，远大于2300的临界雷诺数。对一些水平浇注的薄壁铸件或厚大铸件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得到层流流动。轻合金优质铸件浇注系统的研究表明，当Re<20000时，液流表面的氧化膜不会破碎，如果将雷诺数控制在4000～10000，就可以符合生产铝合金和镁合金优质铸件的要求。有人通过水力模拟和铝合金铸件的实浇试验证明：允许的最大雷诺数，在直浇道内应不超过10000，横浇道内不超过7000，内浇道内不超过1100，型腔内不超过280。综上分析，影响金属液流动的平稳性的主要因素是金属液的流动速度和浇注系统的形状及截面尺寸。
评价
和简单的非金属液体有许多共同点，20世纪60年代以来对它研究较多。但人们对它的结构细节仍不清楚。熔融金属的X射线或中子散射可得其径向分布函数g(r)，它在平均意义上描述熔体结构。当r<σ(σ为原子有效直径,图1)，g(r)=0，说明原子似硬球，不能互相贯穿，r大于2～3nm时，原子完全无规排列,g(r)→1。原子周围最近邻的原子数叫配位数Z，其中ρ0是熔体粒子数密度。绝大多数金属熔化时体积约增大5%，原子序数Z减小，金属键不变。少数“反常金属”（如Ga、Ge、Bi、Sb等）熔化时体积约收缩5%，Z增加，共价键部分地变为金属键。各种金属熔化后结构趋于相近，Z在9～12左右。熔体的Z和r1随温度上升而稍改变，但g(r)基本特点不变。液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。自由电子受到“赝原子”（它由正离子和起屏蔽作用的自由电子云组成）的很弱的势作用。两个正离子间，除了直接的静电排斥势外，还有一种间接的通过自由电子气而相互作用的势，上述两种势的叠加称为原子-原子的有效势φ(r)。理论分析指出：φ(r)在长程内有振荡（图2）。人们已建立联系φ(r)和g(r)的积分方程，可以从φ(r)求解g(r)，或从g(r)求期φ(r)。用“硬球模型”可很好地阐明液态金属的结构和某些热力学性质。倘若取φ(r)为“硬球势”，并配以合适的硬球直径，同样能得到与实验一致的g(r)。通过傅里叶变换由衍射强度求得的g(r)总有一定误差，人们至今不能肯定或否定熔体φ(r)振荡的存在。 [1]