包晶合金定向凝固过程中的共生生长与准共生生长机制

包晶共生生长和准共生生长是包晶合金凝固理论的重要研究对象。通过包晶共生生长和准共生生长制备的包晶系规则排列原位自生复合材料具有重要的应用前景。这种材料的可控制备需要对包晶共生生长和准共生生长的演化规律具有深刻的认识，但是目前对包晶共生生长和准共生生长的研究还很不深入，很多基本的理论问题尚不清楚。本项目选择初生相结晶区间的大小具有较大差别的Fe-Ni和Cu-Ge包晶合金为对象，通过系统的定向凝固实验、理论分析和数值模拟来研究非小平面-非小平面型包晶共生生长和准共生生长的演化机制，主要包括：溶质扩散偶的形成、界面状态的确定、特征间距的变化规律、形态稳定性、包晶反应对三相交接区和共生生长动力学的影响等。构建预测包晶共生生长和准共生生长稳定存在的合金成分和凝固参数区间的模型，为包晶系规则排列原位自生复合材料的制备提供理论和实验依据。

包晶共生生长和准共生生长是包晶合金凝固理论的重要研究对象。对包晶共生生长和准共生生长的演化规律进行深入研究对认识金属凝固现象，制备包晶系原位自生复合材料具有重要的理论和实际意义。本项目利用Bridgman定向凝固系统对非小平面-非小平面包晶系模型合金Cu-Ge和Fe-Ni合金进行系统的定向凝固研究。发现了包晶两相分离共生生长现象并讨论了其形成机制；探索了包晶合金两相生长过程中的包晶反应区的几何特征及反应机制；建立了包晶两相共生生长过程中包晶反应机制；发现了包晶反应三相区内包晶相与初生相的共生生长现象；讨论了包晶反应过程中的三相区的形态稳定性。在研究过程中还发现，对流对包晶两相共生生长具有重要的影响，所以针对Fe-Ni包晶合金，系统研究了对流对包晶两相生长进行了系统的研究。发现在高G/V定向凝固过程中，对流使包晶合金定向凝固过程中轴向和径向形成严重的宏观偏析、组织演化复杂难以达到稳态。轴向宏观偏析体现在有限长试样从凝固开始至凝固结束都将发生初生相生长向包晶相生长的转变过程，转变过程受合金成分和对流强度影响。径向宏观偏析体现在试样心部贫溶质，边缘富集溶质，也存在一个初生相向包晶相生长的转变过程。利用纯扩散模型、溶质边界层对流模型和强对流Scheil方程分别讨论在不同对流强度下包晶合金定向凝固过程中轴向的宏观偏析及组织形成规律。. 此外，通过实验和理论分析揭示包晶准共生生长——胞状共生生长的形成条件、胞状初生相和胞晶间近平面包晶相的形态、胞状共生生长与共生生长的关系及二者之间的相互转化、包晶反应对胞状共生生长的影响、胞状共生生长的特征尺度随生长条件和合金成分的变化规律。. 截止到2012年12月，本项目发表SCI论文18篇，其中SCI影响因子大于2.0论文4 篇。培养硕士研究生2名，博士研究生1名，在读博士研究生1名。