《含第三組元共晶合金定向凝固中生長界面形貌的演化》是依託上海交通大學，由劉禮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含第三組元共晶合金定向凝固中生長界面形貌的演化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉禮
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
晶體生長界面形貌是影響材料凝固組織的重要因素，因而其演化問題是凝固理論研究中的重點之一。大量研究表明，界面能及界面動力學各向異性對單相晶體生長形貌演化有決定性影響：界面各向異性強度大，則生長界面傾向於以樹枝狀形態生長；反之，則生長界面傾向於以海藻狀形態生長。共晶合金以兩相耦合方式凝固時，生長界面由兩個不同相交替複合而成，導致其界面各向異性更加複雜。然而，迄今為止關於界面各向異性對共晶生長界面形貌演化影響的研究十分缺乏。本項目擬以含第三組元的Co-Sn以及Ag-Cu共晶合金為研究對象，研究它們在定向凝固過程中共晶生長界面形貌的演化問題。主要研究內容包括：（1）考察含第三組元共晶合金定向凝固中共晶生長界面形貌的形成及演化過程；（2）從凝固參數、第三組元、界面能及界面動力學各向異性出發，全面分析共晶生長界面形貌的演化機制。
結題摘要
凝固界面形態的形成是眾多工藝因素和合金性質綜合作用的結果，被認為是材料科學最為複雜的問題之一。相對於單相合金，共晶合金的凝固界面含有兩個或更多的固相，人們對其演化行為的認識更為有限。前期研究工作中我們發現，Co-Sn共晶合金自由凝固時，其共晶界面以海藻狀方式生長。為進一步認識此類凝固組織的形成規律與機制，本項目以Co-Sn共晶系合金為基礎合金，Nb為添加組元，進行了深過冷凝固和定向凝固實驗，考察了不同凝固工藝參數下凝固界面的演化情況。結果發現，α-Co/β-Co3Sn2共晶凝固界面形態更多受到β-Co3Sn2相的影響。隨著合金中Nb含量的增加，過共晶Co-Sn合金自由凝固時初生β-Co3Sn2相的生長有從海藻晶向樹枝晶，然後再向海藻晶轉變的規律；相應地，共晶凝固界面也會從海藻狀變為樹枝狀，但在更多Nb加入的情況下，分枝主幹演變為雙胞結構。相關合金進行定向凝固，失穩後的共晶凝固界面也以海藻狀方式生長，但Nb的加入，有使共晶層片間距加大的趨勢。計算了Nb加入後β-Co3Sn2相固液界面自由能各向異性強度的變化，測量了Nb在α-Co和β-Co3Sn2相中的溶質再分配係數，據此分析了各類凝固組織的成因。研究成果對於拓展人們對共晶凝固界面形態的認識、發展共晶凝固組織的調控手段具有積極的意義。
