1、本文采用氣體霧化技術制備Al-25 at.％Ni合金粉末，研究了不同粒徑下粉末微觀組織;利用牛頓熱傳遞冷卻模型和古典均質形核理論計算了霧化熔滴在飛行過程中的傳質和傳熱;利用相場法模擬了純Ni的傳統(tǒng)凝固和二元Al-25 at.％Ni合金熔滴在快速凝固下枝晶生長。為了驗證模型的穩(wěn)定性和模擬的準確性，進行了多相場的模擬，并將實驗組織和模擬結果進行對比，模擬結果與部分實驗結果吻合良好，主要得出以下結論:
　　(1)氣霧化制備的Ni-Al合

2、金粉末球形度高。粉末粒徑d＜45μm時，粉末表面呈現(xiàn)發(fā)達的樹枝晶組織;隨著粉末粒徑的增加，霧化飛行過程中熔滴的平均冷卻速率減小，粉末表面組織由樹枝晶向等軸晶和包狀晶轉變。d＜120μm時，粉末內部呈發(fā)達的樹枝晶組織;d＞120μm時粉末內部組織從樹枝晶向混合的樹枝晶和包狀晶過渡。通過簡單的線性擬和處理，枝晶間距與粉末粒徑基本呈關系:λ=0.40863+0.0102×d;熔滴平均冷卻速率約為105-106K s-1。粉末凝固后得到Al3N

3、i2、 Al3Ni和Al共晶相，與非平衡凝固下相圖得到的物相結果完全一致，這種相的一致性在其他報道中也得到良好的重現(xiàn)。
　　(2)熔滴在霧化飛行過程中的熱史行為受到多個參數(shù)的影響，如粒徑、初始氣流速率、過冷度、過熱度、霧化介質以及潤濕角等。假設熔滴的潤濕角與粒徑無關，熔滴的過冷度主要受到潤濕角的影響，而熔滴的粒徑和冷卻速率對過冷度的影響可以忽略不計。隨著熔滴尺寸和初始氣流速度的增加，熔滴必須經(jīng)歷更長的飛行距離才能完全凝固。熔滴在再

4、輝階段，偏析凝固和包晶反應各階段的凝固分數(shù)受到熔滴尺寸，初始氣流速度，過熱度的影響較小，主要受到過冷度的影響。各階段的凝固分數(shù)依次為:fR=1.51×10-3△T+0.019,fs=-1.63×10-3△T+0.978，fp=-5.03×10-5△T+0.032。
　　(3)利用推導的純物質相場模型模擬了純Ni在過冷熔體中等軸晶的生長行為，研究了不同的參數(shù)對枝晶生長形貌的影響。結果表明，枝晶在過冷熔體中自由生長，生長過程中放出凝固

5、潛熱，并沿著負溫度梯度方向擴散。枝晶生長受到各向異性的影響:當各向異性γ=0時，得到向日葵狀的枝晶組織，隨著各向異性系數(shù)增加，向日葵狀的枝晶向海藻狀、等軸晶轉變。因此，為了得到完整的枝晶組織，必須考慮到晶體的各向異性;同時生長行為也受到取向角的影響。
　　(4)首先利用二元合金相場模型對Ni-Al合金在等溫凝固下枝晶生長行為進行了預測，再現(xiàn)了形核在生長過程中從晶核到發(fā)達的樹枝晶的演變規(guī)律。枝晶在生長過程中存在溶質偏析，枝晶根部界面

6、的遷移速率明顯低于枝晶尖，因此，在枝晶根部溶質偏析最為嚴重。等溫凝固沒有考慮枝晶在生長過程中產(chǎn)生的相變潛熱，潛熱擴散會改變過冷熔體中的傳熱和傳質，因此，為進一步貼近實際物理過程，更好的理解枝晶在生長過程中組織演變，在模擬中引入了溫度場。結果表明:枝晶在生長過程中釋放的潛熱使固相周圍溫度升高，即降低了過冷度，阻礙了界面的遷移，相比等溫凝固，降低了枝晶尖端速率和固相分數(shù)。由于固相周圍溫度的升高，溫度越高促進溶質的擴散，所以非等溫凝固下溶質擴

7、散層相對較薄。
　　(5)霧化熔滴在飛行過程中與周圍霧化介質進行迅速熱交換，為了探究熔滴在快速凝固過程中枝晶的生長，在溫度場控制方程引入恒定的邊界熱通量和對流換熱（傳熱隨生長時間發(fā)生變化）。邊界熱通量和對流換熱的引入明顯改變了過冷熔體的傳質和傳熱。邊界熱通量作用下由于熔滴與霧化介質的傳熱為恒定值，促進枝晶干和二次枝晶的生長，固相率與生長時間呈線性增加，但由于快速凝固過程釋放結晶潛熱，溫度曲線先下降后上升，表現(xiàn)為明顯的再輝過程。對流