复杂包共晶型合金的无容器快速凝固研究

包共晶转变是发生在三元和多元合金体系中的复杂液固相变，其特点是初生固相和液相反应生成两个全新的共生生长的固相。本项目拟选取Al-Cu-Si、Ag-Cu-Ge和Fe-Co-Si三元包共晶合金为研究对象，对包共晶转变机制、深过冷液态包共晶合金的物理化学性质以及快速凝固规律进行深入系统地研究。首先，分析近平衡凝固条件下初生相与包共晶相的形核与生长机制，并对包共晶组织进行相场数值模拟，以期建立包共晶转变的理论模型。在此基础上，采用落管和电磁悬浮无容器处理技术使包共晶合金熔体达到深过冷甚至超过冷，从而实现极端非平衡凝固。通过测定亚稳液态包共晶合金的表面张力、比热等热物理参数，揭示物理化学性质与快速凝固过程之间的相关性。通过对比分析各相的溶质分布情况、快速生长形态、生长方式转变特征以及合金的快速凝固路径等，探求包共晶合金在无容器快速凝固过程中呈现的共性规律。

包共晶转变是发生三元和多元合金中的一种重要的相变类型，就反应相而言它具有包晶转变特征，但就生成相而言它又具有共晶转变特征，研究包共晶合金在快速凝固过程中呈现出的共性规律具有重要的学术价值。本项目选取三元共晶合金体系中的包共晶合金为研究对象，实现了合金的近平衡凝固和无容器快速凝固。重点研究了涉及多种固溶体相与金属间化合物相、小平面相与非小平面相等的包共晶转变机制。通过分析初生相与包共晶相之间的竞争形核与生长关系，阐明了包共晶合金在快速凝固过程中出现的相选择情况，从而确定了合金的快速凝固路径。发现包共晶转变受到其类型、反应相所占的体积分数、过冷水平和冷却速率等综合影响。近平衡凝固时包共晶转变的生成物为层片共晶，快速凝固条件下则生成不规则三相组织或者不规则共晶。通过对比分析各相的溶质分布情况、快速晶体生长形态、生长方式转变特征以及合金的快速凝固路径等，发掘了包共晶合金在无容器快速凝固过程中呈现的共性规律。