电磁场影响冶金相变机理重大项目

强磁场下冶金相变形核机制研究

课题简介

  在冶金相变过程中,形核是相变理论研究的重要组成部分,是一切组织的起源,直接决定着材料最终的组织和性能。本项目拟进行强磁场下冶金相变形核机制研究。针对凝固过程中形核问题,将以铝基合金、钴基和镍基高温合金等为研究对象,着重考察凝固过程中强磁场对金属熔体结构,液-固界面能和过冷度的影响规律;揭示强磁场影响金属凝固形核的内在机制;建立磁场下凝固形核结晶分子动力学模型,完善形核理论;并利用强磁场诱发“磁致凝固”,开发晶粒细化新技术。对于固态相变的形核问题,拟以碳钢和特殊钢等为研究对象,研究在金属固态相变中强磁场对相变温度、固-固界面能和固相应力的影响规律,揭示强磁场影响金属固态相变形核的内在机制;探明强磁场对固态相变形核热力学和动力学影响规律,建立强磁场下固态相变形核热力学和动力学理论模型,丰富和拓宽强磁场下扩散相变理论,为重大项目的顺利执行提供理论支持。


课题负责人:李喜

上海大学,材料科学与工程学院,教授。

  上海市东方学者、曙光学者、科技启明星。上海市高校特聘教授,博士生导师。主要研究领域:磁场下金属凝固。在热电磁流动及其对凝固组织的影响、强静磁场下凝固机理、材料制备和性能研究方面取得了多项创新成果。2016年获上海市科技进步一等奖;2015年获法国科学院“法中奖”,东方学者跟踪计划,曙光学者;2014年教育部自然科学二等奖,教育部科技进步二等奖;2010年上海市科技启明星,上海市东方学者;在Acta Mater, Script Mater, MMTa/b 等期刊发表论文 150余篇,在国际上做大会主题报告4次,特邀报告10次;已经授权的相关强磁场下凝固和材料制备的发明专利十余项。

研究队伍
研究内容

1.强磁场下金属熔体结构与物性

  (1)合金熔体液-液结构转变及其对过冷熔体中形核过程的影响;

  (2)结构转变对过冷熔体磁性和形核的影响规律;

  (3)建立修正的过冷熔体的形核方程;

  (4)研究强磁场对熔体粘度、扩散系数等参数的影响规律。

2.强磁场下冶金相变温度的变化规律

  (1)金属形核温度随熔体热历史的变化规律及理论模型;

  (2)磁场强度与过冷度之间的关系;

  (3)强磁场对金属固态扩散性相变形核温度和过冷度的影响规律。

3.强磁场下金属液-固界面能的变化规律

  (1)磁场对液体表面能影响的物理机制;

  (2)强磁场对不同磁性金属凝固过程中液-固界面能的影响规律;

  (3)-固界面能与磁场强度之间的关系。


4.强磁场下形核过程的分子动力学模拟

  (1)分子动力学(第一原理)计算探讨形核过程机理;

  (2)金属熔体在应力场作用下的结构转变,动力学和热力学特性;

  (3)磁场、应力场作用下的结构转变、动力学、热力学以及形核机理。


5.磁致相变及形核控制

  (1)利用强磁场营造过冷环境,实现金属磁致凝固”;

  (2)研究磁致凝固下晶粒细化行为,开发细化晶粒新技术。

在重大项目所起的作用

  重大项目将进行电磁场作用下的冶金相变机理研究。如我们所知,冶金相变形核是相变理论研究的重要组成部分,是一切组织的起源,直接决定着材料最终的组织和性能;搞清强磁场下金属凝固和固态相变过程中形核变化规律和作用机制是电磁场作用下的冶金相变机理研究的前段研究和理论基础。因此,本课题研究内容对重大项目的顺利执行是至关重要的。