重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响

孔亚非1,2 罗兴宏 1,2 李 洋1 刘 实1,2 （1 中国科学院金属研究所 师昌绪先进材料创新中心， 2 中国科学技术大学材料科学与工程学院）

摘要：使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta 镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距，使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明，在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大，随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大，而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行，微重力样品枝晶间Ta、Cr 和Al 元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势，W元素含量呈现逐渐下降的趋势，枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr 和Al 元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似，W元素含量的分布则与微重力样品明显不同，大部分凝固阶段呈上升趋势，使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明，在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱，不是造成枝晶间距增加的主要原因，主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。

关键词：金属材料，镍基单晶高温合金，枝晶生长，微观偏析，微重力，凝固