液态和稳定颗粒在单个液态铝合金膜中的运动

（论文部分内容摘抄）

液态金属膜是金属泡沫的组成元素，由液态(这里指铝合金)稳定熔体中固体颗粒的膜和气相之间的复杂相互作用所控制。我们使用同步辐射X射线照相技术研究粒子动力学和分析粒子的运动，通过应用新颖的图像处理技术。我们发现粒子是单独运动的而且是成簇运动的。它们可以随熔体长久移动，或被膜表面捕获随后甚至再次释放。这项工作的目的是观察颗粒或颗粒团簇与膜表面之间的相互作用，并了解这种颗粒如何减少膜中的液体流动和提高膜的稳定性。

泡沫是各种结构元素体:将空间分割成单元的二维曲面(也叫薄膜)，三层薄膜交汇处的一维所谓高原边界，以及四个高原边界相交的节点。液态金属泡沫经凝固后形成固体结构，是一种很有前途的建材。金属泡沫由于界面面积大，具有比较好亚稳态，只有当熔体含有固体非金属颗粒时，才能保持其稳定性，而这些颗粒是形成膜和形成膜的元件。泡沫稳定性，分散在液相中。如果它们附着在薄膜表面，它们会阻碍薄膜的变薄，从而导致薄膜的破裂，如果它们不流过薄膜表面。粒子也是液体速度的标志。液体的流速表示液体的流动，例如毛细管吸入或排水的影响，这些影响导致薄膜变薄，导致薄膜不稳定和随后的破裂。颗粒在膜表面/氧化皮上的数量和固定速度是膜稳定速度的衡量标准。 在液态铝合金中，这些固体颗粒通常是碳化硅。需要多少这样的颗粒才能使薄膜保持足够长的时间稳定，它们应该有多大一直是人们研究的课题。

如图薄膜拉伸过程和热耦合四重平行框架装置的示意图。红色断裂的框架表示同步加速器放射检查的视野(FOV)，此时薄膜仍然是液态的。b，a中框架结构的示意图，其中较低的阴影帧是虚设帧。c、d相关上丝框架对和相应悬挂金属膜的侧视截面(凝固后的结构和光学显微图像)。

发光图像通过镜子和物镜投射到pco.dimax高速相机的传感器上(2016x2016像素，11um传感器像素大小，比较高1200帧/秒记录速率，德国Excelitas PCO 公司)整个检测系统的有效像素大小为2.7微米。图像被记录在一个帧速率为50fps。数据处理从非均匀亮度变化的均衡开始。对于每个图像帧，我们减去原始图像的低通滤波版本。

采用光流法。光流模型考虑到多个图像特征，并采用时空平滑。模型的更多细节可以在其他地方找到。通过光学流场计算，我们得到了稠密的流场，可以对其进行进一步分析(例如，通过量级、方向等的计算)。在一些量化步骤中，粒子被1-2个像素(分别对应2.7-5.4um)侵蚀，例如用于图像分割由于SiC颗粒尺寸名义上为10um，因此由于消除较小颗粒而损失的信息可以忽略不计特别是因为对大颗粒和颗粒团观察到的影响。通过粒子跟踪和4秒钟时间颜色积分，获得时间颜色编码的粒子轨迹。

单个液态铝合金薄膜中的固体SiC颗粒的动力学可视化同步辐射X射线和他们的数量，团聚水平运动路径和速度分析新颖的图像处理技术。液态合金中的粒子可以单独运动，但通常以团簇形式运动。起初，它们主要在重力的驱动下向下移动，但由于吸力，汽车改变了方向，向旁边的高原边缘移动。在某些情况下，由于毛细力超过重力，颗粒甚至向上流动。发现了先前固定的片段的集体运动，表现为速度图的突变，这可以解释为膜氧化皮的破裂。团簇可被氧化物层或其它固定团簇捕获。

德国/ Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相机，具备高分辨率、高感光度、高帧率的优点，将高速实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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