Solidification studies of eutectic Pb-Sb molten alloys

¹ Grup de Fisica de Materials I, Dept de Fisica, Universitat Autônoma de Barcelona, 08193-Bellatera, Spain.
² Dipartimento di Chimica Industriale, Universita di Genova, Via Dodecanesco, 31, 16146 Genoa, Italia.
³ Grup de Fisica de l’Estad Solid, Dept. d’Estructura i Constitutents de la Matéria, Facuitat de Fisica, Universitat de Barcelona, Diagonal 647, 08028-Barcelona, Spain.

Abstract

In the present work, the heat exchange during the non-equilibrium solidification of eutectic Pb-Sb alloys is measured by differential scanning calorimetry and the structures obtained experimentally analyzed by optical microscopy. Non-equilibrium solidification is monitored by the calorimetric apparatus under continuous cooling conditions. As expected in a solidification process, the onset of crystallization shifts to lower temperatures on increasing the cooling rate. By coupling the continuous cooling experiments with the condensed phase equilibria thermodynamic data, the activation energy for crystal formation is estimated. The microstructure obtained is dependent on the cooling conditions. The solidification processes are simulated by considering the dependence of the nucléation rate on the degree of undercooling and compared to experimental results.

Résumé

Dans ce travail on mesure les échanges de chaleur au cours de la solidification hors d'équilibre de l'alliage eutectique Pb-Sb par calorimétrie différentielle à balayage et on analyse les structures obtenues par microscopie optique. La solidification hors d'équilibre est programmée dans l'appareil en régime de refroidissement à vitesse constante. L'amorce de la cristallisation se déplace vers des températures plus basses quand la vitesse de refroidissement augmente. En couplant des mesures de refroidissement à vitesse constante avec des données thermodynamiques du diagramme d'equilibre entre phases condensées, on estime la valeur de la barrière d'énergie de formation des noyaux cristallins. Les microstructures de solidification observées dépendent des conditions de refroidissement. On simule le processus en considérant la dépendance de la fréquence de nucléation avec le surrefroidissement et on compare avec les données expérimentales.