难混溶合金液液相变/分离同步辐射实时成像研究

难混溶合金凝固过程存在独特的液液不混溶区，可形成软相颗粒分布于硬相基体上具有特殊性能的凝固组织，因而备受科学界与工业界的双重关注。不混溶区内液液相变/分离过程很大程度决定了最终凝固组织形态，已有的地面与太空微重力实验为理解这一过程提供了很多帮助，但合金固有的不透明特性以及凝固时的高温环境制约着研究者们对该过程开展实验动态观察，实验结果缺乏足够的难混溶相演变动态信息。有鉴于此，本项目提出有特色的研究思路：基于同步辐射X射线成像技术，实现对难混溶合金定向凝固动态进程的实时观察，对少量相液滴的形成、游离及粗化现象进行动态跟踪、定量测定，进而深入理解Marangoni迁移、Stokes沉积、液滴间碰撞凝并以及液滴与液固界面间作用等动力学行为。本项目研究成果为不混溶区液液相变/分离的理论模型提供直接无假设实验检证，将进一步完善难混溶合金凝固理论，为探索难混溶合金新型制备技术提供动力学判据。

在国家自然科学基金面上基金(50971032)的资助下，依托第三代上海同步辐射光源国家重大科学装置为平台，采用类同轴成像方法以及特殊处理的成像样品和特别设计和制作的两种凝固装置，对中高温熔点的Al-Bi难混溶合金的凝固过程进行研究，在国内首次实时成像观察到难混溶合金第二相液滴的粗化过程。成功的观察到了两个相近尺寸液滴之间碰撞粗化的动态过程和尺寸相差悬殊的液滴之间的Oswald粗化的动态过程。在现有的三种难混溶合金第二相液滴粗化模型的基础上，又提出了另外两种第二相液滴的粗化模型，即碰撞粗化和Oswald粗化。这些成像结果为验证和完善已有的难混溶合金第二相液滴粗化模型提供了直接的第一手实验数据。. 电场在一定条件下能够影响金属合金的溶质分布，生长形貌等，继而改变合金最终的性能。本课题组应用第三代上海同步辐射光源，在国际上首次实时成像观察到脉冲电场和脉冲感应磁场作用下难混溶合金第二相液滴的动态凝固过程，并对其中得到的液滴聚合和最终的分布给出的合理的解释。应用上海光源三维CT成像研究了中间合金对难混溶合金第二相液滴分布的影响。本项目基础研究成果可用于深入了解难混溶合金第二相液滴的粗化和偏析机理，对如何制备出均质分布的第二相液滴有重要的指导意义。. 在该项目的资助下共发表了期刊论文35篇(SCI 收录20篇，EI收录4篇)，另有修订中的论文1篇，审稿中的论文1篇；会议论文30篇(ISTP收录3篇)；国际会议口头报告10次，国内会议口头报告14次(其中特邀报告3次)；专利8项(其中3项已授权)；鉴定1项(国际领先)；获得中国有色金属工业科学技术奖一等奖1项，辽宁省机械工程学会优秀论文一等奖1项，大连市机械工程学会优秀论文奖1项，第三届全国大学生创新论坛“优秀论文奖”1项。