中文摘要：

采用同步辐射原位成像技术，动态观察重力场、正交电磁场、交变电场作用下复合材料的凝固行为，通过实验分析和理论研究，弄清凝固参数和电磁场参数等对合金凝固过程的形核生长、强化颗粒分布等的影响规律与机制，探明定向凝固情况下不同拉坯速度参数下的液固界面凝固特征，总结出各种异质颗粒尺寸和体积分数对组织性能的影响规律，归纳出异质颗粒推移-合金液相变动力学模型，最终提出颗粒增强复合材料和自生表面复合材料制备新技术，这对于发展完善外场作用下复合材料凝固理论，工业上优化凝固组织控制工程、有效提高复合材料铸件力学性能都具有重要意义。此外，本项目还拟借助于同步辐射衍射技术，研究复合材料界面的形态分布、晶体结构、界面异质形核机制，总结出复合材料的界面、组织和性能间的关系，为最终实现复合材料人工设计奠定理论基础。该项目对发展电磁冶金理论和电磁净化理论也有指导意义。

结论摘要：

在国家自然科学基金面上基金(51071035)的资助下，依托上海同步辐射光源国家重大科学装置，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凝固装置，首次对锌铝合金柱状晶及等轴晶的生长过程进行实时成像，发现降温速度对枝晶间距和枝晶生长速度的影响超过温度梯度对其的影响。对等轴晶生长过程的研究表明枝晶长度随时间的变化符合“S”形曲线，相对生长的枝晶通过各自的溶质富集区抑制对方的生长。成像结果还表明锶抑制了初生硅的析出，随着锶含量的增加初生硅逐渐减少，初生硅的析出温度范围扩大。首次实时成像观察到直流电场和脉冲电流对Al-Cu、Sn-Pb、Sn-Bi合金的枝晶生长形貌和生长速率的影响。电场使得枝晶臂在各个方向均衡发展，大大减弱了枝晶的“自我中毒”现象(即枝晶臂生长不均衡)。脉冲电流使得Sn-Bi合金经历了长时间的孕育形核期后，枝晶在很短的时间内迅速形核与生长，一次枝晶明显细化。对Al-Bi难混溶合金凝固过程中第二相的微观行为的原位观察，证实了两个半径尺寸相近的液滴之间是以碰撞的形式发生聚合进而粗化成一个接近于椭圆形的新液滴；半径尺寸相差悬殊的液滴之间是通过尺寸极大的液滴慢慢吞并周围临近的无数小液滴而发生Oswald熟化。施加脉冲电场后，在液液相难混溶区中分离出的富Bi液滴不再是圆球形貌，而是凝聚成许多云状的大团簇。第二相液滴因为受到Marangoni力和电磁挤压力的共同影响最终在基体中形成了一个特有的倒三角形状。采用混合盐法(K2TiF6 and KBF4)制备ZA27-TiB2原位复合材料并对制备出的复合材料进行组织、力学性能及磨损性能分析，复合材料力学性能、耐磨性能随着颗粒含量的增加而明显提升。摩擦系数和磨损表面形貌变化表明由于TiB2颗粒的引入，材料在磨损初期的磨损机制发生了变化。首次利用同步辐射X射线断层扫描技术（SR-CT）对TiB2增强的纯铝基复合材料的内部结构进行了研究。在该项目的资助下共发表了期刊论文16 篇，另有修订中的论文1篇，录用的论文2篇；会议论文10篇(ISTP 收录3 篇)；国内会议口头报告4 (其中特邀报告3次)；专利1项；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二等奖1项，辽宁省本科生教学成果奖二等奖1项。