高温度梯度作用下含化合物相包晶合金糊状区内重熔与再凝

Ihe present project is the second part of the Chinese-German co-operation research project in the field of "Phase Transformations under Extreme Conditions" supported by NSFC and DFG. It involves the remelting/resolidification in mushy zone of alloys under a high temperature gradient. The peritectic systems with an intermetallic phase such as Al-Ni、Al-Co、Sn-Ni et al under a high temperature gradient system will be considered. Firstly, the behaviour and mechanism of remelting/resolidification of an intermetallic phase will be investigated in static/ dynamic mushy zones and the relative kinetic model will be built. Secondly，the coupled effects among peritectic reaction, high temperature gradient and cooling rates on solidification of mushy zone will be studied, and the TGZM model coupled the kinetics of peritectic reaction should be built. Thirdly, the interaction among different mush zones will be investigated and a comprehensive model about the migration of a liquid film should be built. The above research is very important to reveal the complex phenomenon and mechanism and also the microstructure control during the solidification of the peritectic systems with an intermetallic phase in the technical fields such as directional solidification processing with a high temperature gradient.

本项目是中国自然科学基金委和德国研究基金会计划共同资助的"极端条件下材料相变"国际重大合作项目中的第二个课题，即高温度梯度作用下合金糊状区内重熔与再凝。以Al-Ni、Al-Co、Sn-Ni等含化合物相包晶合金为研究对象，采用高温度梯度定向凝固系统开展糊状区内重熔/再凝行为与机制研究，通过实验研究与理论分析相结合，探讨高温度梯度作用下静态和动态糊状区内化合物相的重熔/再凝行为与机制并建立相关动力学模型，揭示包晶反应、高温度梯度和冷却速率综合作用下的糊状区凝固规律并构建耦合包晶反应动力学的TGZM理论模型，揭示不同糊状区交互作用对糊状区凝固进程的影响并建立液滴迁移整体模型，为深入理解含化合物相包晶合金在高温度梯度定向凝固等技术领域中的复杂凝固现象与机制及其组织控制提供理论依据。

目前，对温度梯度作用下糊状区内重熔与再凝研究主要集中在固溶体型共晶合金(单一糊状区)在较低的温度梯度(<200K/cm)情况。本项目将温度梯度提高至300~400K/cm，显著突出TGZM效应对糊状区凝固的影响。而所选择的研究对象含化合物相包晶合金，一方面，其在温度梯度作用下会形成多个糊状区，各糊状区之间交互作用下的重熔与再凝行为较常规单一糊状区情况复杂；另一方面，糊状区内化合物相的熔化与凝固特性迥异于固溶体，而现有的TGZM理论基础及实践经验多植根于糊状区内固相为固溶体情况。因此，本项目针对高温度梯度作用下含化合物相包晶合金糊状区内重熔/再凝行为与机制开展研究，构建相关动力学模型，是对糊状区凝固理论的必要补充和完善。.本项目选择包晶两相均为金属间化合物的Sn-Ni等包晶合金为研究对象,首先考察了静态糊状区的形成机制及组织演化，揭示了定向凝固启动前包晶合金静态糊状区内熔化/凝固行为与机制，以及对定向凝固初始固/液界面的形貌及该界面前沿液相中的溶质分布的影响规律。其次，深入研究了包晶合金动态糊状区内熔化与凝固现象规律与机理，包括：动态糊状区凝固界面形貌演变规律，以及动态糊状区内枝晶臂的迁移行为与动力学模型。第三，系统研究了包晶反应与温度梯度耦合作用下动态糊状区熔化/凝固行为与机制，建立了耦合包晶反应与Gibbs-Thomson效应的熔化/凝固模型。通过本项目研究，成功揭示了包晶反应、高温度梯度和冷却速率综合作用下糊状区凝固行为与机制，并构建了耦合包晶反应动力学的TGZM理论模型，明确了不同糊状区交互作用对糊状区凝固进程的影响并构建液滴迁移整体模型，为深入理解含化合物相包晶合金在高温度梯度定向凝固等技术领域中的复杂凝固现象与机制及其组织控制提供了理论依据。.目前，已发表26篇SCI论文，与德国耶拿大学Otto Schott Institute of Materials Research国际冶金物理专家Markus Rettenmayr教授等建立了深入合作。