中文摘要：

在铝熔体纯净化理论和技术方面取得突破性进展，首次从理论上揭示出熔体中微细夹杂物的电磁净化新机制，解决了长期制约电磁净化方法应用的理论难题，发明了大孔径过滤器电磁净化方法和装置，突破了传统电磁分离原理只在小孔径、低流量中有效的技术瓶颈并实现产业化，净化效果达到国际先进水平；阐明了大直径高纯铝铸锭在外场作用下固液界面前沿晶体生长形态的选择以及杂质元素的扩散和宏观输运规律，解决了提纯效率低、产品质量不稳定等难题，研制出我国首台自主知识产权的提纯设备并实现产业化，超高纯铝的纯度达到国际先进水平；从理论上澄清了铝合金中TiB2粒子形核机制的争议，发明了超声振动法制备铝合金晶粒细化剂的新方法，深化了铝合金晶粒细化理论。获国家技术发明二等奖和上海市科技进步一等奖(技术发明类)各1项(均排名2)，发表论文117篇（SCI56篇，EI80篇），申请发明专利52项和国际发明专利1项，授权发明专利47项。

结论摘要：

熔体纯净化与凝固组织微细化是提高金属材料质量与性能的共性与关键技术。长期以来，受制于对熔体加工原理的研究不够深入，熔体加工技术难有大的突破。本项目以熔体结构及其加工原理为切入点，在原子层次深入探讨了熔体的结构特征，基于数值模拟分析了熔体中气、杂、渣的交互作用机制，探明了外加细化剂、超声及超温处理对凝固组织的微细化作用原理，从而为发展新的能进一步提高金属材料性能的熔体加工技术奠定了基础。具体地讲，采用从头算分子动力学方法研究了铝熔体结构及其与吸氢行为的关系，提出了活性气体提高除气效率的微观机理，为改进除氢工艺提供了理论指导；通过相图计算和试验揭示了硼化物除铁的热力学机制，在此基础上提出了硼化物除铁熔剂去除铝熔体中杂质元素Fe的新方法；采用第一性原理方法研究了Si在TiAl3中的固溶置换行为，揭示了加钛除硅工艺的可行性；通过数值模拟方法研究了电磁场作用下多级分离器内夹杂的分布演变规律，发明了多级电磁净化方法；采用第一性原理界面计算的方法阐明了为何晶体结构相同、晶格参数相差无几的TiB2与AlB2粒子在Al异质形核过程中的作用完全不同，解决了此问题上学界的争论；采用从头算分子动力学方法揭示了Ti终止与B终止TiB2形核剂与基体界面附近Al有序区的差异，为阐明Al-Ti-B细化剂的微观细化机制提供了重要参考；采用同步辐射X射线成像、光学高速成像方法及透明有机物模拟的方法研究了熔体中的声空化特征及空化泡与生长枝晶的交互作用，揭示了空化泡对生长枝晶的动态破碎过程，建立了声空化条件下枝晶臂折断模型；采用从头算分子动力学模拟结合试验研究了超温处理下凝固组织的细化问题，发现超温处理可能诱发液液相变同时能起到细化微观组织的作用；还建立了将“溶质抑制形核”效应包含在内的基于经典“自由生长模型”的定量预测合金晶粒尺寸的新模型，发现晶粒细化条件下高溶质含量合金的晶粒尺寸主要取决于“溶质抑制形核”效应。基于上述研究在包括Acta Materialia在内的国内外期刊上发表论文39篇，申请专利18项，授权专利14项（其中美国专利1项）。