过冷熔体中共晶凝固界面形态的研究

过冷共晶的凝固常见于材料的制备过程，但人们对共晶凝固界面在过冷熔体中以何种形态生长、受什么因素制约、又如何对之进行调控等问题尚缺乏足够的认识。本申请项目拟对不同类型二元共晶合金以及所涉及的共晶组成相进行过冷凝固实验，在充分认识单一共晶相晶体生长方式与其结构性质及过冷度关系的基础上，建立规则共晶凝固界面形态与共晶相晶体学特征、界面自由能以及过冷度间的关系，阐明规则共晶各种凝固界面形态（分形海藻状、密集海藻状、分形树枝状、密集树枝状）的形成机制。同时将研究不同性质第三组元加入后共晶相生长动力学、共生生长区域以及共晶凝固界面形态的变化情况，以加深对共晶凝固界面形态形成机制的认识，完善共晶凝固组织的调控理论。

过冷共晶的凝固常见于材料的制备过程，但人们对共晶凝固界面在过冷熔体中以何种形态生长、受什么因素制约、又如何对之进行调控等问题尚缺乏足够的认识。本项目以Co-24.0at%Sn及其它一些成分的共晶合金为对象，研究了共晶凝固界面的形态问题。主要发现有：过冷Co-24.0at%Sn共晶合金熔体中共晶凝固界面以海藻状方式生长，并于175 K过冷度发生分形海藻向密集海藻的转变，同时生长速度快速上升。共晶海藻状界面的形成，首先是基体相沿共晶生长方向的固液界面自由能各向异性强度小，同时由于共晶两相的耦合作用减弱了固液界面自由能各向异性的有效强度。过冷度增大，对共晶分枝尖端具有一定的稳定作用。Co-24.0at%Sn共晶合金中加入少量的Mn，使小过冷度下的共晶凝固界面变为树枝状，但增大分形海藻向密集海藻的转变的过冷度。Co-24.0at%Sn共晶合金中加入少量的Sb，在提高共晶生长速度的同时，使共晶生长界面由分形海藻状向密集海藻状转变的临界过冷度降低，同时使密集海藻的侧枝更加发达。Ni-18.7at%Sn共晶合金中加入少量Sb，晶体生长速度上升，耦合生长向离异生长转变的临界过冷度降低。在Acta Materialia等刊物发表论文5篇，参加国际会议3次，培养博士4名。