小平面/小平面类包晶合金定向凝固特性与相选择研究

小平面/小平面类包晶合金是包晶合金系中的一类重要材料,包括许多重要的结构和功能材料。该类合金在凝固过程形成的初生相和包晶相均为以小平面方式生长的金属间化合物，其凝固特性迥异于包晶合金系中的其它几类合金,也是人们很不熟悉的。本项目以包晶两相晶体结构相似的Al-Ni等和相差较大的Al-Mn等两类典型的小平面/小平面类包晶合金为研究对象，通过研究小平面生长的金属间化合物相在定向凝固中的溶质分凝特性和界面稳定性等规律，揭示合金在液固和包晶耦合相变过程的界面生长特性、包晶相形核与生长机制以及相和微观组织竞争选择规律等。本项目不仅可以丰富包晶凝固理论，还对于利用金属间化合物各向异性特点，采用定向凝固的方法，控制相的择优生长，发挥某些晶向具有优异性能的优势从而获得组织与性能的最佳配合的工程实践提供系统的理论和实验依据。

根据申请书，本项目主要进行以下三大方面研究：.(1) 定向凝固条件下，小平面类包晶合金的金属间化合物包晶相形核和生长机制.(2) 定向凝固条件下， 小平面类包晶合金的定向凝固特性.(3) 定向凝固条件下，小平面类包晶合金在液/固和包晶耦合相变下相选择规律.根据上述研究计划，本项目从以下几方面开展执行研究：.(1) 采用热分析技术，系统研究了宽成分范围Al-Ni和Al-Co系包晶合金在不同反应平台内，金属间化合物相的形核与生长机制，揭示了稳定相与亚稳相竞争机理；.(2) 根据溶质守恒及无固溶化合物相成分单一原理，构建了金属间化合物相以低速平界面生长时的溶质分凝模型；揭示了含化合物相合金凝固过程存在与凝固进程相关组织演变的本质特征；并基于此特征，提出了跃迁变速定向凝固方法，可以使非共晶成分合金在宽抽拉速度范围获得全共晶组织；.(3) 针对Al-Ni包晶合金开展了系统的定向凝固组织演化规律研究，发现了一种全新的分离式包晶反应模式，并根据TGZM效应，构建了分离式包晶反应模型；.(4) 基于NCU模型及本项目构建的化合物相分凝模型，分析了小平面类包晶合金形成带状组织和共生组织的可能性，并围绕Al-Ni系构建了小平面类包晶合金相选择图。.项目整体基本按照计划书中内容执行，其中，在以下几方面取得较大突破：化合物相溶质分凝特性；含化合物合金与凝固进程相关的组织演变；分离式包晶反应模式与机理。尤其在小平面包晶定向凝固特性方面的研究成果，得到德国耶拿大学Markus Rettenmayr 教授的高度评价。Markus Rettenmayr 教授是德国凝固热力学和动力学研究专家，现任耶拿大学材料科学与技术学院、物理与宇航学院院长，国际著名期刊《Journal of Crystal Growth》主编。2011年Markus Rettenmayr 教授专门到申请人课题组讲学，并与申请人在定向凝固糊状区研究领域达成合作事项。整个项目研究共发表32篇SCI论文.