液态合金热力学性质与超声凝固机理研究"是材料科学与工程领域的前沿研究课题，为建立超声场中的合金动态凝固理论，发展先进的超声凝固技术奠定了重要基础。现有的超声凝固研究多集中于简单的Al基单相合金，而对于具有多个相变过程的复相合金在超声场中的凝固机制尚不清楚。另一方面，液态合金热力学性质的匮乏严重制约了超声场中凝固理论模型的建立。为此，系统分析稳定和亚稳液态合金的热力学性质，并深入揭示超声场中复相合金的动态凝固机理是亟待解决的科学问题。本项目在国家自然科学基金项目以及省部级基金的连续支持下，经过七年系统的研究，取得了以下几个方面的创新性成果：

    1、系统测定了稳定状态下合金熔体的高温热力学性质

    采用差示扫描量热技术，系统研究了具有工业应用背景的Cu基和Al基合金熔体的热力学性质。在宽广成分范围内精确测定了二元Cu-Sn和Cu-Ge合金、三元Cu-Sn-Sb合金，以及三元Al-Cu-Sn和Al-In-Ge/Sn合金的相图、熔化焓、熔化熵和过冷能力。建立了比热、热扩散系数和热导率等热力学性质随合金成分和温度的函数关系。

    2、实现了高温合金熔体的深过冷并测定了其亚稳态热力学性质

    通过电磁悬浮无容器处理技术实现了二元Ti-Al与三元Ti-Al-Nb高温合金的深过冷，并精确测定了这两种亚稳液态Ti基合金的表面张力、比热等关键热力学性质随过冷度的变化关系。基于测定结果，理论计算了亚稳液态合金体系的粘度、扩散系数、密度等相关重要热力学性质。

    3、揭示了高强超声场中不同类型复相合金的动态凝固规律

    自行设计研制"超声场中合金定向凝固实验装置"1台，实现了共晶、包晶和偏晶等不同类型复相合金在高强超声作用下的动态凝固过程。利用所测定的Cu基和Al基合金热力学性质，对高强超声场中的复相合金凝固过程进行了理论分析，揭示了超声动态条件下复相合金的凝固机制。

    4、阐明了超声悬浮条件下液态共晶合金的运动规律与快速晶体生长机制

    创新性采用自适应弹性反射端，显著提高了超声悬浮技术的悬浮能力和稳定性。以透明水为研究对象，实验模拟了液态合金在超声悬浮条件下的运动特征和形态振荡规律。同时，结合激光快速熔融技术，实现了超声悬浮条件下Ni-Sn和Ag-Cu-Ge等多种共晶合金的深过冷与快速凝固，阐明了超声波与共晶快速形核和生长过程的耦合作用机制。

    5、通过多种对比实验研究，探索了不同条件下凝固组织形成过程的动力学特性

    采用落管无容器处理技术实现了亚稳液态Cu-Sn包晶型合金的快速凝固过程，揭示了无容器处理过程中合金熔体的整体深过冷与超声场空化效应所造成的局部过冷对凝固组织形成过程影响机制的异同。通过在透明模型合金定向凝固界面前沿施加强制流动，直观获取了凝固界面形貌对流速变化的动态响应过程，并与超声场中的声流效应进行了对比研究。

    本项目的科学价值：

    (1) 为建立强物理场中合金凝固理论提供了稳定和亚稳液态合金的关键热力学性质。

    (2) 丰富和发展了超声作用下和超声悬浮条件下液态合金的动态凝固理论。

    (3) 研发了先进的超声凝固技术和超声悬浮技术，为利用超声场主动调控和优化合金应用性能提供了重要的理论和实验依据。

    项目20篇代表论文全部发表于材料科学和应用物理领域SCI收录的国际主流期刊，其中SCI 1区4篇，2区8篇，包括著名的Acta Materialia, Applied Physics Letters，Journal of Alloys and Compounds等。先后得到美、英、德、法等20余个国家和地区的60多个研究机构的正面引用和评价。同时，中科院都有为院士和工程院傅恒志院士以及多位杰青和长江学者给予充分肯定和积极评价。引文发表于9个不同科技领域的67种国际国内主流学报，共计他引120篇次，其中SCI他引79次，EI他引87次。项目主持人翟薇教授入选陕西省"青年科技新星"，并荣获陕西省教育工会"五一巾帼标兵"。