声悬浮和强激光耦合作用下复相合金快速凝固研究

将声悬浮无容器处理与激光辐照相结合，实现三元包晶和偏晶合金熔体在此超常条件下的深过冷与快速凝固。研究悬浮液滴在超声场和强激光耦合作用下的振荡模式和表面波动，揭示其内部温度场和浓度场的动态分布特征，探索传热传质过程对溶质截留和液相分离的作用机制。通过激光辐照消除合金熔体内部固有的异质晶核，并抑制其均质形核，揭示晶体形核方式与熔体过冷能力的相关规律。在声悬浮和激光束共同作用下，研究三元包晶合金中初生相与包晶相的竞争形核和共生生长机制，探索彻底抑制包晶转变所需动力学条件。分析三元偏晶合金的深过冷和复杂流动对壳核组织和偏晶胞形成过程的影响规律，探求有效的主动控制途径。系统测定深过冷合金熔体的表面张力和粘度等热物理性质，同时测定不同过冷条件下固相枝晶生长速度，据此进行三元复相合金快速凝固过程的分子动力学和相场理论模拟计算研究。在实验研究和理论分析的基础上，阐明不同类型三元复相合金的快速凝固共性规律。

本项目将声悬浮无容器处理与强激光辐照相结合，实现了共晶、包晶和偏晶等三类复相合金的深过冷与快速凝固。主要开展了五方面实验和理论研究：一是系统探索了超声场中悬浮液滴的形态振荡和内部流动；二是深入研究了声悬浮条件下晶体形核与组织形成；三是理论分析了液相分离和壳核组织的动力学机制；四是实验测定了深过冷液态合金的比热和表面张力；五是对亚稳合金熔体的原子组态和热物理性质进行了分子动力学模拟研究。此外，作为已结题的No.50121101项目的继续，研制成功我国第一台拥有自主知识产权的静电悬浮材料无容器处理实验装置。发表SCI收录论文30篇，培养博士生6人，并获2011年陕西省科学技术一等奖。