相分離合金因具有獨特的物理與力學性能，以及在機械、汽車和電子等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，近年來越來越受到人們關(guān)注。

然而，在地面常規(guī)凝固條件下，該類合金很難制備，其應(yīng)用受到極大限制。

8月19日，科技日報記者從中國科學院金屬研究所了解到，借助太空微重力環(huán)境，該所趙九洲研究員項目團隊在相分離合金制備方面取得了重要進展。他們建立了相分離合金凝固過程模型，探索了用電場、磁場和微合金化等調(diào)控相分離合金凝固過程、促進原位復合凝固組織形成的可行性。

日常生活中，有很多相分離現(xiàn)象，比如油浮在水的上層，或在水滴表面形成油殼。很多合金在凝固的過程中也會有類似的難以“混溶”現(xiàn)象，即合金熔體在冷卻過程首先會析出第二相液滴或顆粒，發(fā)生液—液或液—固相分離。這類合金被統(tǒng)稱為相分離合金。

長期以來，材料科學家致力于相分離合金的凝固過程研究，期望能通過使用合理的凝固方法和優(yōu)化凝固過程工藝參數(shù)，獲取具有理想凝固組織的相分離合金材料，滿足工業(yè)需求。

“但是，相分離的金屬在地面重力條件下凝固時，極易形成分布不均勻乃至金屬元素分層的組織。因此，長期以來該類合金的研制與應(yīng)用受到嚴重制約?！壁w九洲說。

太空微重力環(huán)境為解決這一問題帶來了曙光?？臻g環(huán)境能夠提供長時間穩(wěn)定的微重力條件，可有效消除地面重力導致的熔體對流和析出相的沉積與浮動現(xiàn)象，為相分離合金凝固理論研究提供了優(yōu)異的條件。

近年來，在中國載人空間站工程等項目的支持下，趙九洲項目團隊基于大量的地面研究，優(yōu)化設(shè)計了相分離合金的成分和凝固工藝，在天宮二號以及中國空間站上開展了相分離合金的凝固實驗，獲得了鋁鉍錫和釓鈦鈷原位粒子均勻分布的復合材料樣品和具有殼—核結(jié)構(gòu)的球形樣品。

通過天地協(xié)同研究，科研團隊揭示了相分離合金凝固過程和重力/微重力的影響，發(fā)展了相分離合金的凝固理論，提出了相分離合金凝固組織調(diào)控方法，為相分離合金的成分設(shè)計與工業(yè)制備技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

更重要的是，在項目研究過程中，團隊高度重視理論研究成果在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。以相關(guān)理論為指導，他們研發(fā)了多種關(guān)鍵材料的制備技術(shù)，制備的相分離合金材料在核電、電子通信、裝備制造等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

“基于這些研究，從2004年至今，我們在《國家科學評論》《材料雜志》等期刊上發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項，并且撰寫了學術(shù)專著《金屬基復合材料原位形成理論基礎(chǔ)》。”趙九洲說。

這些成果獲得了國內(nèi)外學者的高度評價。他們認為，趙九洲團隊利用航天飛行器對二元和三元相分離合金凝固行為進行了開拓性研究，這些研究有助于澄清相分離合金凝固組織演變的動力學細節(jié)。

來源：科技日報