连铸规则多孔铜合金的基体-气孔协同定向生长机制

本项目以促进和扩大规则多孔金属的应用为研究背景，突破目前GASAR研究集中于纯金属的限制，开展连铸规则多孔铜合金的结构控制研究。明确合金化、凝固参数对基体-气孔协同定向生长的影响规律。项目的研究从单相Cu-Zn合金入手，分析晶体生长方式对气孔结构、形貌的影响；建立晶体取向与气孔定向性之间的定量关系。然后将研究拓展到亚共晶Cu-Cr合金，分析GASAR凝固条件下初生相与共晶体的竞争生长机制；研究基体相结构对气孔形貌的影响；探索初生相-共晶体-气孔协同生长的控制方法；最终实现对铜合金孔隙结构的有效控制。.本项目的开展对于丰富单相合金、共晶合金的定向凝固理论，提升云南省铜产品深加工能力具有重要的理论价值和现实意义。

金属-气体共晶定向凝固是一种利用气体(主要是氢气)在金属固、液两相中的溶解度差制备规则多孔金属的新工艺，所制得的气孔定向排列在金属中，具有不同于传统多孔金属的性能特点，具有重要的潜在应用价值。从应用角度看，合金比纯金属的适用领域更广，然而以往的大量研究却发现，采用该工艺能够制备得到定向凝固多孔纯金属，却难以得到类似结构的合金。与纯金属相比，制备定向凝固多孔合金的难点在于缺少对合金凝固方式对气孔定向生长影响的研究。. 本项目以促进和扩大规则多孔金属的应用为研究背景，突破目前GASAR研究集中于纯金属的限制，开展定向凝固规则多孔铜合金的结构控制研究。项目的研究 （1）从单相Cu-Zn合金入手，分析了晶体生长方式对气孔结构、形貌的影响。（2）然后将研究拓展到Cu-Cr合金， 研究了GASAR凝固条件下基体组织对气孔结构和形貌的影响规律；获得了晶体取向、糊状区宽度对规则多孔Cu-Cr合金气孔结构的影响规律；并提出了合金化条件下，基体-气孔协同生长的控制方法。（3）最后研究了合金化对规则多孔材料力学性能的影响规律。. 项目的主要进展及成果包括：（1）采用连铸法制备了规则多孔Cu-Zn合金（最高Zn含量10wt.%）; 随着锌含量的增加气孔显著粗化，同时气孔形貌变得极不规则；提高凝固速度可以有效地提高气孔规则程度，抵消合金化带来的不利影响。（2）采用模铸定向凝固法在共晶系的Cu-Cr合金中获得了规则多孔结构；随Cr含量增加，基体的凝固模式按平面-胞状-柱状枝晶-等轴晶的方式转变，与之对应的气孔的形貌变得越来越不规则；糊状区宽度会增加气孔生长的阻力，造成气孔粗化和不规则，因此在共晶成分的合金中最易于获得细小规则的气孔结构。（3） 多孔Cu-1.3Cr合金的屈服强度达到32MPa（纯铜仅为13MPa），但是单位体积吸收能随Cr含量的增加反而减小。 .本项目的研究对于发展规则多孔材料的制备技术及定向凝固理论，提升云南省铜产品深加工能力具有重要的理论价值和现实意义。