大体积小平面-小平面共晶合金铸锭的凝固组织控制

二元共晶合金根据其生长方式可分为三类：非小平面-非小平面共晶、非小平面-小平面共晶、小平面-小平面共晶。有关前两类共晶的研究已较为充分，而小平面-小平面共晶，具有很多特殊的物理化学特性，可应用于很多工业领域。但在常规凝固条件下难以得到该类合金大尺寸组织规则的铸锭，低的室温脆性使其难以实现大规模工业化应用。为了发展小平面-小平面共晶材料，本项目通过添加微量元素，并利用电磁场技术实现大尺寸小平面-小平面共晶合金铸锭的组织改性，阐明微量元素对小平面-小平面共晶合金形核和生长的作用规律，建立小平面-小平面共晶合金在电磁场作用条件下的形核和生长理论模型，揭示电磁场作用条件下微量元素对小平面-小平面共晶合金的细化机制，获取小平面-小平面共晶合金最佳成分区间和凝固工艺参数范围，为该类材料的工业化应用奠定理论基础。

本课题按照研究计划，主要通过施加外场以及添加多种元素如Ti、Zr、Cu、Co、Mo等方法对大体积脆性共晶合金铸锭进行改性研究，取得了一些突破性进展，取得的主要进展如下：.(1)添加Cu元素改性的CoSi-CoSi2共晶合金铸锭， Cu元素绝大部分以单质的形式偏聚在晶界，没有和其他元素生成金属间化合物；改性后的合金铸锭最大压缩断裂强度为1303MPa，强度提升了近一倍，合金压缩塑性提升了50%；实现了强度和塑性的同步大幅度提升。.(2)添加Ti元素和Zr元素改性的Ni31Si12-Ni2Si和CoSi-CoSi2共晶合金铸锭也表现了不同程度的强度和塑性的提升。.(3)施加的合适电磁场和通过改变凝固条件的方法都能显著改善大体积小平面共晶合金的凝固组织，减小缺陷。施加合适电磁场后的Ni31Si12-Ni2Si共晶合金的压缩断裂强度提高了700Mpa，压缩塑性提升了50%。.(4)多种元素如，Mo， V等改性的NiAl-FeCr多元共晶合金显示了优异的力学性能，其中V元素改性后的NiAl-FeCr多元共晶合金铸态时的压缩强度超过3300Mpa。是公开报道的压缩强度最高的多元共晶合金。研究结果发表在国际重要期刊Materials and Design，该论文发表后三个月内被大连理工大学以外的国内外单位下载490次，ELSEVIER出版社为此专门发来祝贺邮件。目前已经被国内外其他科研单位浏览下载近800余次，ELSEVIER出版社再次专门发来贺信。.(5)以Co改性后的NiAl-FeCr多元铸态共晶合金已经表现了优异的力学性能，常温时真应变拉伸强度超过1Gpa，拉伸塑性超过22%，600度时超过800Mpa，700度时超过500Mpa。且能够以低成本的普通铸造方式制备出公斤级别的高强、耐高温新型多元共晶合金，并申请了相关专利。此部分工作发表在Nature子刊Scientific Reports上。目前影响因子5.08，位列多学科期刊第五位。.本研究小组在国内外率先提出的“共晶高熵”合金设计思想，在丰富多元共晶合金理论体系、发展大体积共晶合金制备技术以及开发新型共晶合金的高温应用潜能方面具有重要的科学意义和应用价值。