镍基单晶高温合金在高温和腐蚀性环境下仍能保持良好的物理与力学性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的关键材料
而随着先进的定向凝固技术的发展和合金设计理论的提高，特别是难熔元素(Ta、Re、W、Mo)添加总量的不断增加，使镍基单晶高温合金的热稳定性及高温抗氧化和抗腐蚀能力极大提高[1]
但是，单晶的制备过程受熔体对流和合金元素偏析等的影响，容易生成粗大的枝晶组织、产生严重的偏析并出现杂晶、雀斑和凝固裂纹等缺陷，严重损害单晶合金组织的均匀性和降低高温力学性能[2~4]
近年来，国内外学者研究了重力对柱状晶生长的影响[5~7]
结果表明，重力引起的热溶质对流是合金组织中出现雀斑和杂晶等缺陷的直接原因[8,9]
但是，在地面的常规凝固实验难以完全摆脱重力的干扰，从而不能深入研究重力对柱状枝晶生长、成分偏析及雀斑形成过程的影响
在微重力条件下，液体中的流体静压力、沉降及浮力对流等都基本消失，合金在近乎纯扩散条件下凝固
因此，学者们在空间或模拟微重力环境中研究了重力对单晶凝固行为的影响
这些研究结果对于提高单晶质量和性能，减少凝固缺陷有重要的意义[10~13]
中国在天宫二号在轨飞行期间，以单晶镍基合金作为研究背景并结合当时的实验技术条件，采用AlCuMgZn单晶模型合金进行了空间定向凝固生长实验[14]，得到了空间微重力环境对该合金枝晶形态演变及成分分布的影响，为研究镍基单晶高温合金的空间凝固提供很好的参考
随着中国空间站的建设以及空间材料实验技术的提高，很快将具备镍基单晶高温合金的空间生长实验条件
但是，空间材料实验的机会毕竟极为宝贵，为了保证空间实验的顺利进行和提高空间实验的效率，有必要在地面开展一系列地基预研与补充实验
落管是在地面开展微重力凝固环境的有效工具，可提供高质量短时微重力条件，用于对比研究合金在微重力与重力下的凝固行为[15~17]
基于此，本文使用50 m长落管初步探索镍基单晶高温合金在微重力条件下的凝固行为，根据合金在重力和微重力条件下凝固组织和成分分布的差异探讨重力影响该凝固过程的机制，为将来完成镍基单晶高温合金空间生长实验奠定基础
1 实验方法
实验用材料为Ni-Cr-Al-W-Ta五元镍基单晶合金，成分列于表1，其中Cr和Al是高温合金的基础组成元素，适当调整Cr和Al含量可降低其熔化温度，满足空间实验资源和技术约束条件
W、Ta
声明：
“重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：孔亚非,罗兴宏,李洋,刘实
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2025年06月20日 ~ 22日 
