금속의 응고 엠브리오 핵 응고잠열 자유에너지 과냉각 금속재료기술사 서브노트

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금속의 응고 서론

1. 액체금속이 냉각되어 융점에 이르러 응고가 시작되면 각 이온은 결정을 구성하는 일정한 격자점에 고정되므로 이제까지 가지고 있던 운동에너지가 열의 형태로 방출된다.
이것이 응고잠열이다.

2. 응고의 과정에서 일어나는 현상으로는 고상과 액상간의 경계의 형성이 있다.
이러한 경계는 계면에너지를 가지므로 경계의 형성은 에너지의 증가를 수반한다.

냉각곡선 : 신금속재료학

금속 응고시 자유에너지의 변화

1. 고상의 자유에너지 변화는 처음에는 증가하여 최대치에 이른 후 다시 감소한다.

2. 이 최대치에 해당하는 반지름의 값을 r0라 하면, r<r0인 동안은 반지름이 증가함에 따라 자유에너지가 증가하고,
r>r0인 동안은 반지름이 증가함에 따라 자유에너지는 감소한다.

3. 이 사실은 r0이하의 반지름의 고상은 소멸하려는 경향,
r0이상의 반지름의 고상은 성장하여 크게 되려는 경향을 가진다.

4. 이와 같은 관계일 때 r0이하의 반지름의 고상은 엠브리오(embryo)
r0이상의 반지름의 고상은 결정의 핵이라 한다.

5. 처음에 형성된 미소한 엠브리오가 액체 중에서 상호 간의 접촉 등으로 r0를 넘는 크기의 기회를 가지면 안정한 핵이 되어 점차 성장하며 큰 결정이 된다.

6. 과냉각시작
융점 이상의 온도에서는 아무리 작은 r0의 값이라도 안정되지 않으나 융점보다 낮은 온도가 되어서 엠브리오가 안정되고 응고가 시작된다.
이 현상을 과냉각이라 한다.

7. 과냉각의 정도가 클수록 생기는 핵의 크기는 작고 그 수는 증가한다.

금속응고 시 자유에너지 변화

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