深过冷定向凝固技术详解

液态金属深过冷定向凝固技术（5DS）即通过采取人为措施，最大限度地消除器壁和熔体中非自发形核质点的异质形核作用，使熔体的形核过冷度大幅度提高。深过冷快速凝固严重偏离热力学平衡状态，从而使晶体的形核、生长及最终的凝固组织和力学性能均发生较大的变化[9]。20世纪80年代初，国外学者通过改进冷却条件获得了近100K的动力学过冷熔体，在施加很小温度梯度后，最终获得了Mar-M200高温合金试棒，并分别测试了动力学过冷定向凝固所得的试样与传统定向凝固试样的拉伸、蠕变强度等。结果显示，动力学过冷定向凝固试样的室温、高温力学性能相似于或优于传统试样的拉伸、蠕变强度等。不久后，西北工业大学李德林等开展了深过冷激发快速定向凝固技术研究，并且取得了较为满意的实验结果。深过冷熔体凝固速度很快，凝固时间很短，达到了快速凝固范围，可大幅度提高生产效率，改善组织和性能。谢发勤等采用深过冷定向凝固方法制备得到的Cu-Ni合金定向凝固样件，其一次枝晶间距比LMC法获得的组织还要小[10，11]。

当熔体获得很大的热力学过冷，即在形核前就处于深过冷亚稳状态时，由于固、液两相的吉布斯自由能相差很大，一旦形核，生长速率就非常快，在深过冷消失前基本不受外部散热条件限制。深过冷度的获得原则上不受液态金属体积的限制，故可以采用较慢的冷却速度来进行，这样，便于施加各种控制措施，克服动力学过冷度受试样尺寸的限制。正是这个特点，为深过冷定向凝固技术的发展注入了活力[12]。(www.xing528.com)

但是，深过冷熔体激发快速定向凝固技术如果要成为一种实用的凝固技术（或工艺），还需要解决两个问题：一个是研究不同过冷度条件下过冷熔体激发形核后晶体生长方式和组织形成规律，确定适用于形成枝晶系列微观组织的试验条件和工艺因素；另一个是在上述研究结果的基础上最终解决大体积深过冷熔体激发快速定向凝固技术，使深过冷熔体凝固速度很快，凝固时间很短，达到快速凝固范围，这样可大幅度提高生产效率，改善组织和性能。但在实用化进程中，深过冷定向凝固法仍面临着重大的技术难题需要解决。大体积深过冷熔体合金的获得通常是采用电磁悬浮熔炼及玻璃净化法熔炼等，而铸件的成形通常采用熔模精铸型壳，这样，容易导致异质形核结晶，从而大大降低过冷度。因此.如何解决深过冷熔体的获得与铸件凝固成形之间的矛盾，是深过冷定向凝固由实验室走向实际生产的关键问题之一[13]。