[00333517]相分离合金凝固理论及应用研究

Cu-Cr等偏晶合金熔体在组元不混溶温度区间内发生液-液相分离,Al-B等合金熔体在冷却时会发生液-固相分离,这些合金统称为相分离合金,它们的凝固过程相似,液-液相分离理论稍加简化即可用于描述液-固相分离过程。相分离型合金很多,其中许多具有重要工业应用背景,但这些合金具有一共同的缺点,即在凝固过程中极易形成偏析严重乃至两相分层的组织,工业制备困难,这严重限制了相分离型合金的工业开发与应用。研究该类合金的凝固理论和工业制备技术,具有重要的科学与实际意义。 相分离合金凝固组织形成是相分离过程（包括第二相液滴/粒子形核、长大、粗化、迁移、凝并）和基体熔体凝固共同作用的结果,十分复杂,长期以来相分离合金凝固理论不完善。这已成为制约该类合金制备技术研发的关键。据此,项目组开展了相分离合金凝固理论及应用研究,主要研究内容包括： 1)连铸相分离合金凝固过程; 2)用电场、磁场等外场控制相分离合金凝固过程、促进复合型凝固组织形成的可行性; 3)相分离合金快速凝固行为; 4)基于以上研究,结合工业需求,研发相分离合金的产业化制备技术。 项目所取得的原创性成果主要有： 1.创建了相分离合金连铸过程模型,揭示了相分离合金凝固组织演变规律和宏观偏析的形成机理,阐明了合金相分离过程的关键控制因素为第二相液滴/粒子的形核特性和空间迁移特性,明确了促进弥散相液滴/粒子形核、降低熔体对流是抑制宏观偏析的主要途径。 2.揭示了磁场、直流电流、脉冲电流对相分离合金凝固过程的影响机理,提出了用磁场、直流电流、脉冲电流控制凝固过程,制备相分离合金复合材料的思想。 3.建立了液-液相分离合金快速凝固模型,阐明了液-液相分离合金快速凝固组织演变规律和宏观偏析的形成机理,提出了基于液-液相分离过程研制弥散型非晶复合材料的思路和合金成分设计方法。 4.基于以上研究, 1)研发了多种相分离型合金的制备技术,包括： a)研发了Al-Pb/钢复合轴瓦带材、Al-70wt%Si电子封装材料和Cu-Cr等高强高导电材料的喷射成型制备技术,其中Cu-Cr、Cu-Ag、Cu-Cr-Zr高强高导电合金的喷射成型制备技术已实现产业化生产。 b)研发了优质Al-B合金和新型高效铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B、Al-Ti-C合金的制备技术,其中Al-B合金已实现工业生产,产品的各项性能均优于国内外同类产品。 c)提出了具有壳/核型复合组织的特种相分离合金焊料球的制备技术; 2)阐明了汽车蒙皮用钢应变时效机理,为汽车蒙皮用钢时效工艺优化设计奠定了基础。 就相关研究,发表专著2本、期刊论文145篇,其中SCI收录103篇,获授权发明专利11项,获国际铜业协会一等奖1项、国内省部级科学技术奖励3项,市级科学技术奖励1项。研究成果受到了他人在公开场合的高度评价,处于国际领先水平。