單晶高溫合金是制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片的關(guān)鍵材料，是金屬材料研究領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。為了探索獲得更優(yōu)秀合金材料的新途徑，中國(guó)空間站夢(mèng)天艙在2022年發(fā)射時(shí)攜帶了兩件硅鋁合金材料樣品進(jìn)入中國(guó)空間站。今年6月，其中一件鋁硅合金樣品在空間站完成定向凝固實(shí)驗(yàn)后隨神舟十五號(hào)返回地面。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研人員近期開始對(duì)這件合金樣品結(jié)合地面定向凝固實(shí)驗(yàn)樣品開展對(duì)比分析研究。

(相關(guān)資料圖)

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研人員近日對(duì)這件神舟十五號(hào)帶回的鋁硅合金樣品開展初步的解剖分析工作，并與地面重力條件下的同類實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行對(duì)比，分析重力與微重力環(huán)境下合金樣品的差異，從而研究重力在凝固過程中具體發(fā)揮了什么作用。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 羅興宏：從現(xiàn)在來看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)從表面上看空間樣品的氣泡表面比較少，而地面樣品表面的氣泡比較多。相反，在空間樣品的內(nèi)部有一些氣泡比較多，這個(gè)可能是我們以前沒有關(guān)注到的一些新的現(xiàn)象。我們會(huì)沿著這個(gè)方向再做進(jìn)一步的解剖，來發(fā)現(xiàn)具體的情況。

據(jù)介紹，鋁硅合金的凝固過程與單晶高溫合金具有一定程度的相似性，其制備過程中存在一些缺陷，例如疏松、成分偏析等，這些都與重力引發(fā)的浮力對(duì)流有密切關(guān)系?？蒲腥藛T開展的合金定向凝固對(duì)比實(shí)驗(yàn)，就是為了揭示重力在單晶合金凝固過程中的具體作用及相關(guān)機(jī)理，探索解決合金凝固缺陷問題的方法。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 羅興宏：我們準(zhǔn)備了一個(gè)和天上一模一樣的樣品，在地面上做一個(gè)除了重力水平不一樣，其他環(huán)境完全一樣的一個(gè)對(duì)比的實(shí)驗(yàn)。這樣就把重力作為一個(gè)單獨(dú)的參數(shù)拎出來，重力條件不一樣的兩個(gè)樣品進(jìn)行對(duì)比，就能把重力的作用給解剖出來。搞清楚重力到底對(duì)合金當(dāng)中的結(jié)構(gòu)以及在整個(gè)樣品當(dāng)中的成分分布，重力是怎么發(fā)生作用的，就可以有針對(duì)性地利用重力的效應(yīng)或者克服重力的一些不足來制備更好的材料。

中國(guó)空間站將開展第二階段定向凝固實(shí)驗(yàn)

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研人員介紹，中國(guó)空間站合金材料定向凝固實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段，目前，中國(guó)空間站上的實(shí)驗(yàn)處在第一階段，未來還將使用不同的合金材料開展第二階段實(shí)驗(yàn)工作。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 羅興宏：我們目前在天上運(yùn)行的是Ⅰ型爐，它的最高加熱溫度只有1200℃，所以比較適合做鋁合金。未來，我們還要上一個(gè)新的爐子是個(gè)Ⅱ型爐，最高加熱溫度能夠到1600℃，這個(gè)時(shí)候我們就可以用接近真實(shí)的單晶就是鎳基單晶高溫合金的材料去做天上和地上的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

據(jù)介紹，除了鋁硅合金定向凝固實(shí)驗(yàn)，科研人員還將使用其他實(shí)驗(yàn)方法和不同的合金材料去開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作。

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 羅興宏：未來還會(huì)隨著（中國(guó)）空間站這個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行，（我們）還會(huì)做一些其他的實(shí)驗(yàn)。比如說我們目前做的是鋁硅合金，未來我們還會(huì)用鋁銅合金去做。除了定向凝固（實(shí)驗(yàn)）之外，我們還想用一些其他的實(shí)驗(yàn)方法和手段。比如用X射線透視的方法，來實(shí)時(shí)原位觀察枝晶生長(zhǎng)的過程以及形態(tài)的演變。

分不同階段開展不同合金材料的不同實(shí)驗(yàn)，目的是測(cè)試各類合金在重力和微重力環(huán)境下的差異，研究相關(guān)機(jī)理，最終目標(biāo)是提高單晶合金性能，這些材料未來可以在燃?xì)廨啓C(jī)或者航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片等不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮出重要作用。

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