壓力對Ti-Al合金快速凝固過程影響的分子動力學模擬

付 瑋， 楊新華，2， 周 超， 楊雄偉

(1.華中科技大學土木工程與力學學院，武漢 430074;2.華中科技大學模具技術國家重點實驗室，武漢 430074)

快速凝固是工業(yè)上廣泛采用的批量生產晶態(tài)和非晶態(tài)合金的重要方法。合金的凝固伴隨著傳熱、傳質，液相和固相的運動，以及液固界面的遷移，是一個非常復雜的過程。合金成分、預熱溫度［1］、降溫速率［2～4］等對凝固產物的形成有重要影響。除此以外，研究人員也注意到了壓力對合金凝固過程的影響。曲迎東等人［5］提出了高壓作用下合金凝固的機理，認為高壓具有促進固相形核、減小擴散系數(shù)及抑制晶粒長大等優(yōu)點，因此可以利用高壓技術制備新材料和改變現(xiàn)有材料的性能。Kazanc［6］研究了壓力對CuNi合金熔體凝固過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著壓力升高，晶化溫度和玻璃轉化溫度都會提高，而合適的壓力有利于晶化。趙九洲等人［7］在研究壓力對Cu熔體冷卻形成非晶能力的影響時，發(fā)現(xiàn)高壓不利于非晶形成，對相同降溫速率，非晶所占比例會隨壓力升高而降低。

由于具有高熔點、低密度、良好的結構穩(wěn)定性和抗氧化抗腐蝕特性，Ti－Al合金在汽車工業(yè)、發(fā)電廠渦輪機和燃氣渦輪發(fā)動機零部件中得到廣泛應用。盡管目前作為結構材料應用的Ti－Al合金大多數(shù)是以有序金屬間化合物形式出現(xiàn)的，然而人們在研究中已經發(fā)現(xiàn)，通過調整降溫速率、壓力等方式控制凝固過程，可以得到具有很多優(yōu)良特性的非晶態(tài)Ti－Al合金［8～10］。這些非晶態(tài)合金可能具有良好的應用前景，因此有必要研究他們的形成過程和影響條件。……