先进单晶高温合金凝固特性及缺陷控制

先进镍基单晶高温合金代表着高温金属结构材料发展的最高水平，单晶叶片定向凝固制备技术则反映了复杂构件铸造成形技术的最高水平。目前单晶高温合金还存在凝固理论体系不完备、缺陷难以控制等问题。本项目以第三代镍基单晶高温合金为基础，通过添加不同含量的Re、Ru和C，系统考察难熔元素和微量元素对合金凝固特性的影响，研究定向凝固工艺参数特别是温度梯度对镍基单晶高温合金凝固过程和组织的影响，探明合金熔体特性及其与凝固特性的关系，探索直流电场对合金凝固行为的作用机制，明确先进镍基单晶高温合金的基本凝固特性。在此基础上，深入研究单晶叶片结构和尺寸-凝固工艺参数-凝固组织之间的相互作用关系，探明杂晶、取向偏离和亚晶界等凝固缺陷的形成及演化机理，发展并建立先进镍基单晶高温合金叶片精确凝固成形理论模型和控制方法，为高性能镍基单晶高温合金的材料设计和叶片制备提供科学依据。

单晶高温合金叶片是航空发动机和工业燃气轮机的核心部件，代表着高温金属结构材料和复杂构件凝固成形发展水平。先进单晶高温合金的高合金化和叶片的复杂化与大型化，使其凝固特性和缺陷控制的基础研究成为该领域的重点和难点。本项目以第三代镍基单晶高温合金为研究对象，系统研究了先进单晶高温合金凝固特性及缺陷控制原理。明确了难熔元素Re和Ru、微量元素C和凝固工艺对合金凝固特性和组织的影响规律，探明了先进单晶高温合金基本凝固特点和规律；明确了叶片结构尺寸-凝固过程参数-凝固缺陷之间的相互作用关系，揭示了杂晶、取向偏离和小角度晶界形成与演化机理；阐明了熔体特性和直流电场对凝固过程的作用规律，建立了以熔体超温处理和外加直流电场为特征的新型定向凝固技术；提出了大型复杂单晶叶片精确凝固成形及缺陷控制方法。项目研究结果为国产第三代单晶高温合金的设计和大型复杂叶片的研制，提供了科学依据和技术原型。.本项目现已发表学术论文84篇，其中SCI和EI各收录72篇；申报国家发明专利12项，其中6项授权；组织国内外学术会议6次，在国际学术会议上做大会特邀报告2次，分会特邀报告6次；培养研究生13名毕业，其中博士研究生7人，硕士研究生6人。