张治国副研究员课题组在金属凝固行为同步辐射研究方面取得重要进展

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近日，先进耐磨蚀及功能材料研究院的张治国副研究员联合英国赫尔大学的米佳伟教授科研团队在采用同步辐射原位表征金属凝固过程的研究方面取得重要进展，研究成果先后发表在金属材料顶级期刊Acta Materialia (IF=7.656)和Scripta Materialia（IF=5.079）上，暨南大学为第一完成单位。
       金属材料在工农业生产以及人们生活中得到了广泛的应用。金属材料的宏观物理、力学性能与其微观组织结构密切相关；而微观组织结构的演变通常是一个涉及到微米范畴的晶体长大过程。然而，由于金属本身对普通光源不透明以及结晶过程所处的特殊高温环境，长期以来，原位观察金属材料中晶体生长过程一直是材料科学家面临的巨大难题。近年来，同步辐射X射线实时成像技术的出现，为实现金属合金晶体生长过程的高分辨时空可视化提供了可能。

       张治国副研究员与英国赫尔大学的米佳伟教授科研团队展开合作，利用英国钻石光源和瑞士同步辐射光源（Swiss Light Source）针对外场作用下铝合金凝固过程的微结构演化行为进行了研究。他们采用自行设计的原位装置在铝铜合金凝固过程中施加超声场；通过优化光源参数和样品支架设计，成功实现2D平面成像和3D成像的无缝连接；在不断优化凝固温度梯度情形下，成功捕捉到超声作用后半凝固态样品中枝晶3D分布形态以及其后的枝晶生长过程；并对超声作用下的晶粒细化效果进行了量化研究。该研究结合同步辐射2D影像和金属凝固形核机理，阐明了超声作用下的枝晶碎片化机制，揭示了超声流在枝晶碎片化过程中的作用，为铝合金生产工艺优化提供了理论支持。该研究内容发表在金属材料顶级期刊Acta Materialia上（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116796）。

       在另一项研究工作中，研究团队采用先进的同步辐射三维成像和傅里叶叠层成像技术(ptychography)对铸态镍基高温合金的微结构进行了多尺度的表征。研究揭示了该高温合金中碳化物的三维空间分布，采用的傅里叶叠层成像技术则提供了更高的成像分辨率，清晰呈现了碳化物和基体材料各相之间的微观联系，为高温合金凝固过程控制和减少生产缺陷提供有力支撑。该研究成果发表在金属材料顶级期刊Scripta Materialia （https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.10.032）,文并被收录进英国钻石光源2020-2021年年报。


       文章来源：暨南大学