本书采用空间环境地面模拟实验技术研究了高温偏晶型Fe基、Co基及高熵合金在重力场和微重力场中的液相分离过程和快速凝固组织演化规律，结合理论计算和相场模拟方法系统分析了马兰戈尼迁移、斯托克斯运动、流体动力学特征、表面偏析等物理现象对液相分离过程中第二液相运动规律及微观组织形成的作用机制。本书可为偏晶型合金在地面重力场和空间环境中的设计制备与组织调控提供重要的理论与实验依据，对于相关领域研究发展具有积极的促进作用。
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国家基金重点项目，高熵复合材料的快速定向凝固机理与性能调控研究，51931005，2020.1~2024.12
目录
前言
第1章 偏晶型合金快速凝固热力学与动力学 1
1.1 偏晶型合金的液相分离过程热力学 1
1.1.1 偏晶合金的稳定液相分离 1
1.1.2 包晶合金的亚稳液相分离 2
1.1.3 吉布斯自由能变化曲线 3
1.2 偏晶型合金的凝固动力学 7
1.2.1 第二液相与固相形核 7
1.2.2 第二液相聚集长大 12
1.2.3 斯托克斯运动与马兰戈尼迁移 15
1.2.4 微滴与凝固界面的相互作用 18
1.2.5 固相生长过程中的溶质截留效应 19
1.3 偏晶型合金的快速凝固特征 21
1.3.1 重力场下的组织演化——分层组织 22
1.3.2 微重力场下的组织演化——壳核组织 22
1.3.3 微重力场下的组织演化——弥散组织 23
1.3.4 复合纤维或棒状组织 23
1.3.5 固相枝晶生长特征 24
1.4 偏晶型合金凝固过程的理论分析 26
1.4.1 三维液相分离热力学模拟计算 26
1.4.2 液相分离格子玻尔兹曼模型 28
1.4.3 三相分离相场模型的建立 28
1.4.4 浓度场控制方程 29
1.5 偏晶型合金的典型凝固过程 30
1.5.1 等温凝固与定向凝固 30
1.5.2 急冷快速凝固 32
1.5.3 深过冷快速凝固 34
1.5.4 空间快速凝固 36
参考文献 38
第2 章 偏晶型合金的急冷快速凝固 46
2.1 急冷条件下偏晶型合金的液相分离特征 46
2.2 三元偏晶合金的急冷快速凝固 48
2.2.1 组织演化特征 48
2.2.2 溶质分布特征 51
2.3 急冷快速凝固过程中的包晶合金亚稳液相分离 51
2.3.1 三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的亚稳液相分离 51
2.3.2 三元Fe37.5Cu37.5Sn25合金中枝晶生长机制 52
2.3.3 三元Fe27.5Cu62.5Sn10合金急冷组织演化规律 55
2.4 掺杂Si元素对包晶合金的影响特征 57
2.4.1 急冷快速凝固组织形态 57
2.4.2 分离液相的流动规律 59
2.4.3 纤维状组织的演变过程 61
参考文献 64
第3 章 偏晶型合金的深过冷快速凝固 66
3.1 二元Fe-Sn偏晶合金的快速凝固组织演化过程 66
3.2 三元Fe-Sn-Si偏晶合金的宏观相分离 68
3.2.1 热分析与相组成 68
3.2.2 液相分离特征 70
3.2.3 初生FeSi相的组织形态 73
3.2.4 初生FeSi相的枝晶生长 75
3.2.5 富Fe区中(Sn)相凝固特征 77
3.3 深过冷二元Fe50Cu50包晶合金快速凝固 77
3.3.1 相组成和冷却曲线 78
3.3.2 亚稳液相分离 79
3.3.3 枝晶生长特征 82
3.3.4 溶质再分配 86
3.4 掺杂Sn元素后包晶合金亚稳液相分离与快速枝晶生长 89
3.4.1 三元Fe62.5Cu27.5Sn10包晶合金的亚稳液相分离 89
3.4.2 深过冷Fe47.5Cu47.5Sn5合金的液相分离与枝晶生长 94
3.5 Ge和Si元素对包晶合金液相分离的影响 103
3.5.1 大体积Fe-Cu-Ge合金的深过冷快速凝固 103
3.5.2 深过冷三元Fe48Cu48Si4合金的快速凝固机制 112
3.5.3 三元Fe35Cu35Si30合金的亚稳液相分离和枝晶凝固 118
参考文献 127
第4 章 微重力场下偏晶合金的液相分离 129
4.1 二元Fe-Sn合金的深过冷快速凝固 130
4.1.1 自由落体条件下二元Fe69Sn31合金的快速凝固 131
4.1.2 深过冷二元Fe58.6Sn41.4合金的组织演化过程 140
4.1.3 多层壳核组织形成机理 152
4.1.4 二元Fe41.5Sn58.5合金的晶体生长特性 165
4.2 二元难混溶水溶液的仿真模拟 173
4.2.1 SCN-H2O液相分离结构 174
4.2.2 SCN-H2O溶液的流体动力学 174
4.3 三元Fe-Sn-Si/Fe-Sn-Ge合金的液相分离 178
4.3.1 Fe37Sn32Si31合金液滴的宏观偏析与组织演化规律 178
4.3.2 三元Fe-Sn-Si/Fe-Sn-Ge偏晶合金液相分离过程中的形貌调控 190
参考文献 205
第5 章 空间环境中包晶合金的亚稳液相分离 208
5.1 自由落体条件下二元Fe-Cu包晶合金的亚稳液相分离 208
5.2 三元Fe-Cu-Sn合金液滴的快速凝固机制 218
5.2.1 自由落体条件下Fe47.5Cu47.5Sn5合金液滴的凝固组织 218
5.2.2 三元Fe27.5Cu62.5Sn10合金液滴的组织演化规律 226
5.3 空间模拟条件下三元Fe-Cu-Ge/Fe-Cu-Si包晶合金的快速凝固 230
5.3.1 三元Fe-Cu-Ge包晶合金的液相分离与快速凝固 230
5.3.2 微重力场下Fe48Cu48Si4合金液滴的组织演化 237
5.4 空间模拟条件下的三重液相分离 245
5.4.1 低Pb含量三元Co-Cu-Pb合金的快速凝固组织演化规律 247
5.4.2 高Pb含量三元Co-Cu-Pb合金的组织演化规律 251
参考文献 267
第6 章 高熵合金的液相分离与快速凝固 270
6.1 Cu含量变化对CoCrFeNi基高熵合金的影响 270
6.1.1 大体积高熵合金的深过冷与液相分离现象 270
6.1.2 空间模拟条件下高熵合金的液相分离与快速凝固 280
6.2 Fe/Sn 元素影响高熵合金液相分离过程 293
6.2.1 CoCrCuFe1.5Ni高熵合金的组织演化 293
6.2.2 CoCrCuFe2.0Ni高熵合金的液相分离 294
6.2.3 加入Sn元素后的液相分离特征 297
6.3 微重力场下高熵合金的凝固组织特征 299
6.3.1 CoCrFeNiCu高熵合金组织形貌演变规律 299
6.3.2 落管中CoCrFeNiCu2高熵合金的快速凝固 302
参考文献 306
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