劉永勤，介萬奇

(西北工業(yè)大學(xué) 凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710072)

1 前 言

鋁合金具有低密度、高鑄造性能的特點(diǎn)，適合于生產(chǎn)形狀復(fù)雜，承受中等載荷的航空航天以及汽車零件。在鑄件鑄造過程中，通常會(huì)形成各種凝固缺陷，孔洞與熱裂是其中最典型的代表，嚴(yán)重制約了鑄件的應(yīng)用范圍[1-3]。多年來，科研工作者們致力于這兩種缺陷的形成機(jī)理以及預(yù)測(cè)方法的研究[1-7]。目前趨于一致的觀點(diǎn)認(rèn)為[2-7]，在凝固末期，即高固相分?jǐn)?shù)時(shí)，進(jìn)入枝晶間補(bǔ)縮階段，此時(shí)枝晶間被隔離的液相所產(chǎn)生的凝固收縮不能得到液相區(qū)的有效補(bǔ)償，導(dǎo)致了孔洞與熱裂的形成。

2 孔洞研究

2.1 孔洞形成機(jī)理

在合金凝固的糊狀區(qū)，隨著更多固相的形成，凝固前沿液相中的氣體濃度逐漸達(dá)到過飽和狀態(tài)。同時(shí)，由于枝晶間的毛細(xì)作用，導(dǎo)致高固相分?jǐn)?shù)區(qū)的局部壓力下降。當(dāng)液相中過飽和氣體的分壓大于孔洞形成壓力時(shí)，孔洞將依附于枝晶臂、夾雜物或鑄模中的裂紋、凹槽處形核。隨后長大，最終形成孔洞。

鑄件中的孔洞形成條件可用不等式(1)表示[1-2]：

(1)

式中，Pg為在某一溫度下金屬中氣體的析出壓力，Ps為顯微孔洞補(bǔ)縮的阻力，Pa為凝固的金屬上的大氣壓力，σ為氣液界面表面張力，r為顯微孔洞半徑，Ph為孔洞上方的金屬靜壓力。

在大氣壓力下澆注時(shí)，變化的參數(shù)為pg和ps。氣體析出壓力pg與液態(tài)金屬中氣體的含量有關(guān)，顯微孔洞的補(bǔ)縮阻力ps與枝晶間通道的長度、晶粒形態(tài)以及晶粒大小等因素有關(guān)。鑄件的凝固區(qū)間越大，枝晶就越發(fā)達(dá)，補(bǔ)縮通道也就越長，晶間和枝晶間被封閉的可能性越大，越易產(chǎn)生縮松。

圖1為鋁銅合金砂型鑄造中出現(xiàn)的孔洞缺陷。從圖1a可見，孔洞大多形成于最終凝固區(qū)域或者依附于二次枝晶間；從圖1b的孔洞內(nèi)部清晰可見枝晶末端形貌。

圖1 鋁銅合金砂型鑄造中孔洞缺陷的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM micrographs of porosity in as-cast structure of Al-Cu alloy in sand mould

2.2 孔洞形成的經(jīng)典模型

(2)

式中M為材料常數(shù)，G為溫度梯度，R為冷卻速率。

由式(2)可以看出，提高鑄件凝固溫度梯度以及降低冷卻速率可以減小壓力降，進(jìn)而降低孔洞形成的可能性。由于G和R很容易求得，且判據(jù)無關(guān)鑄件外形與尺寸，所以被廣泛應(yīng)用在多種合金中。但是依據(jù)Spittle[10]對(duì)Al-7Si-Mg合金的研究發(fā)現(xiàn)，鑄件內(nèi)孔洞的形成與Niyama判據(jù)并不相關(guān)，Niyama參數(shù)不適用于鋁合金。仔細(xì)觀察其公式，模型中忽略了合金本身的物理參數(shù)，譬如結(jié)晶溫度區(qū)間、吸氣傾向性等，所以只能預(yù)測(cè)大致可能出現(xiàn)孔洞的位置。模型本身具有一定的局限性。

Kubo-Pehlke[11]發(fā)展了一個(gè)考慮了晶間液相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，其表達(dá)式如式(3)：

(3)

式中，ρs和ρl分別為合金的固相和液相密度，fl和fg分別為液相及孔洞體積分?jǐn)?shù),t是時(shí)間；vx和vy為枝晶間液相分別在x和y方向上的流動(dòng)速度。方程左邊第一項(xiàng)表示由于凝固產(chǎn)生的體積收縮，后面3項(xiàng)分別為液體流動(dòng)和氣孔生長所補(bǔ)償?shù)哪淌湛s。枝晶間的液體流動(dòng)采用達(dá)西定律計(jì)算，如式(4)：

(4)

式中，K為滲透系數(shù)，μ為液體粘度,g為重力加速度。液相分?jǐn)?shù)fl可以通過Scheil模型求得，滲透系數(shù)K則通過Black-Kozeny模型計(jì)算獲得，如式(5)：

(5)

式中，λ2為二次枝晶間距，聯(lián)解式(3)，(4)及(5)，即可求得凝固收縮引起的壓力降Ps，并將其帶入式(1)，判斷是否滿足孔洞形核條件。

對(duì)于鋁合金而言，其吸入的氣體主要為氫氣?？紤]氫在鋁合金固液相中的再分配，利用杠桿定理可得質(zhì)量守恒方程，如式(6)：

(6)

式中，[H0]為合金中初始?xì)浜浚忍?hào)右端3項(xiàng)分別為氫在固相、液相及孔洞中的含量，αH為氣體轉(zhuǎn)變系數(shù)， 為固相分?jǐn)?shù)，且有fs+fl+fg=1。

將計(jì)算出的孔洞內(nèi)壓力代入式(6)即可求得孔洞體積分?jǐn)?shù)fg。此模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有著較好的吻合度。Poirier[12]在此模型的基礎(chǔ)上，從熱力學(xué)角度分析了孔洞形成的可能性，并討論了孔洞形核半徑尺寸。Sigworth等[13]也建立了一個(gè)類似的預(yù)測(cè)模型，發(fā)現(xiàn)達(dá)西定律在孔洞形核及分布上并沒有起到?jīng)Q定性作用。

臺(tái)灣成功大學(xué)李坤達(dá)博士等[14]利用X射線溫度梯度儀，通過改變溫度梯度和冷卻速率等凝固參數(shù)的方法，分別觀測(cè)了鋁銅合金及鋁硅合金在凝固過程中孔洞的形核和長大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于尺度較小的糊狀區(qū)，凝固收縮對(duì)孔洞的影響與氫擴(kuò)散對(duì)孔洞的影響相比可以忽略不計(jì)。根據(jù)于此，李坤達(dá)提出了氫擴(kuò)散控制孔洞模型，如式(7)：

(7)

式中，Vp為孔洞含量百分?jǐn)?shù),C0H與CSH分別為氫的初始含量以及氫在固相中的含量，tτ為氫擴(kuò)散的遲滯時(shí)間,tf為氫擴(kuò)散進(jìn)入孔洞的時(shí)間,T一般取值為共晶溫度。

在模型中，他們依據(jù)局部氫過飽和度建立了顯微孔洞隨機(jī)形核的臨界判據(jù),如式(8)：

(8)

氫擴(kuò)散模型是在假設(shè)糊狀區(qū)較小的情況下推導(dǎo)出來的，所以并未考慮凝固收縮對(duì)孔洞形成的影響。而在凝固區(qū)間較大的鋁銅合金中，局部壓降的影響是不可能被忽視的。

近年來也有一些學(xué)者[15]發(fā)展了耦合孔洞隨機(jī)形核的氫擴(kuò)散模型，取得了較好的數(shù)值模擬結(jié)果。但這種模型依然局限于計(jì)算孔洞的平均含量，而忽視了凝固收縮的影響，難以預(yù)測(cè)孔洞出現(xiàn)的可能性。

2.3 未來發(fā)展方向

對(duì)于孔洞形成的研究已經(jīng)持續(xù)了數(shù)10年，從簡單的分析解法到涉及孔洞隨機(jī)形核并長大的復(fù)雜計(jì)算機(jī)模擬，總結(jié)出了多種不同類型的預(yù)測(cè)模型。但在成形鑄造過程中，沒有任何一個(gè)模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出在氣體析出與凝固收縮共同作用下所形成的孔洞?？傮w來看，存在以下幾個(gè)局限性：①各個(gè)模型只適用于某種特定情況，很難推廣到其他新合金中去；②基于達(dá)西定律所推導(dǎo)的模型雖然考慮了凝固收縮的作用，卻忽視了枝晶形態(tài)的影響；③氫擴(kuò)散模型也只是計(jì)算了孔洞的平均含量，并不能預(yù)測(cè)其形成位置和分布。

所以，未來發(fā)展的預(yù)測(cè)模型，一定是克服了上述幾條局限性，并且將達(dá)西定律以及耦合了隨機(jī)形核的氫擴(kuò)散模型的優(yōu)點(diǎn)集中在一起的新模型。這個(gè)過程需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，以此更深刻認(rèn)識(shí)與孔洞形成相關(guān)的必要因素。

3 熱裂研究

3.1 熱裂形成機(jī)理

熱裂是鑄件生產(chǎn)中最常見的鑄造缺陷之一[1，3，7，16]。外裂常產(chǎn)生在鑄件的拐角、截面厚度突變或局部冷凝緩慢且在凝固時(shí)承受拉應(yīng)力的地方；內(nèi)裂產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部最后凝固的部位，也常出現(xiàn)在縮孔附近。熱裂紋的形成是由于鑄件在凝固末期枝晶間存在液膜和在凝固過程中受到拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。晶間液膜是產(chǎn)生熱裂紋的根本原因，而鑄件收縮是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。

圖2a為鋁銅合金金屬型鑄造過程中，試樣表面出現(xiàn)的熱裂紋缺陷；圖2b為在鋁銅合金微觀組織中觀察到的熱裂紋。

圖2 金屬型鑄造Al-Cu 合金中的熱裂缺陷Fig.2 Hot tearing in as-cast structure of Al-Cu alloy in metal mould

3.2 熱裂判據(jù)研究進(jìn)展

Clyne和Davies[7，16]的研究強(qiáng)調(diào)了微觀結(jié)構(gòu)在熱裂形成過程中的關(guān)鍵作用，提出了晶間液膜理論，其判據(jù)如式(9)：

σfr=2γ/b

(9)

式中，σfr為斷裂應(yīng)力,γ為液膜的表面張力,b為液膜的厚度。

后來有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[16]，在凝固末期合金強(qiáng)度遠(yuǎn)高于液膜理論的計(jì)算結(jié)果，所以單純由液膜理論解釋熱裂的形成有其局限性。

Lahaie等[17]在液膜理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了在柱狀晶和等軸晶條件下，晶間液膜的斷裂應(yīng)力與固相分?jǐn)?shù)的函數(shù)關(guān)系，如式(10)：

(10)

式中，σfr為斷裂應(yīng)力；γ為液膜的表面張力；b為液膜厚度；fs為固相分?jǐn)?shù)；m為結(jié)構(gòu)系數(shù)，柱狀晶時(shí)取1/2、等軸晶時(shí)取1/3；ε為應(yīng)變量。

經(jīng)過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，該模型所計(jì)算出的斷裂應(yīng)力變化符合實(shí)際規(guī)律，但計(jì)算出的應(yīng)變值卻與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。

Rappaz等[18]將熱裂敏感系數(shù)(Hot-Cracking Sensitivity，HCS)作為判斷合金熱裂傾向的標(biāo)準(zhǔn)，并用于研究鋁銅系合金。假設(shè)枝晶在給定的溫度梯度(G)和液相線移動(dòng)速度(VT)下生長。對(duì)于大多數(shù)合金來說，固相的密度要大于液相的密度。因此為了補(bǔ)償收縮，金屬沿著與凝固方向相反的方向流動(dòng)。同時(shí)枝晶框架產(chǎn)生垂直于枝晶生長方向上的拉伸應(yīng)變，枝晶間的壓力降低。如果周圍的液體能補(bǔ)償這一變化，則不會(huì)產(chǎn)生熱裂；如果壓力降到某個(gè)臨界壓力以下，則產(chǎn)生氣泡核心。此核心一旦產(chǎn)生，進(jìn)而將發(fā)展為熱裂紋。這個(gè)臨界壓力可以用式(11)表示：

pmin=pm-Δpε-Δpsh

(11)

式中，pmin為氣孔形成的臨界壓力,pm為金屬靜力學(xué)壓力,Δpε為由于應(yīng)力變形引起的壓力降，Δpsh為由于凝固收縮引起的壓力降。

枝晶根部熱裂形核臨界形變率表達(dá)式如式(12)：

(12)

最終求得式(13)：

(13)

盡管此判據(jù)與實(shí)驗(yàn)值在某種程度上相一致，但也存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)：其一是用顯微縮孔產(chǎn)生的原因來解釋熱裂紋的形成，兩者雖有相似之處，但也并非完全相同，這種假設(shè)缺乏說服力；其二是當(dāng)固相分?jǐn)?shù)較高時(shí)，該模型對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的演變更加敏感。

最近，Vernede等[19-20]用粒子模型(Voronoi圖)對(duì)合金在凝固過程中的力學(xué)行為進(jìn)行了模擬，研究了在等軸晶生長情況下晶間液膜對(duì)熱裂紋形成的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)固相分?jǐn)?shù)在0.97以下時(shí)，即使外部補(bǔ)縮沒有辦法進(jìn)行，晶粒之間的液體也可以對(duì)低應(yīng)力情況下產(chǎn)生的變形進(jìn)行補(bǔ)縮。而當(dāng)固相分?jǐn)?shù)達(dá)到0.97以上時(shí)，晶粒之間的液相將被連續(xù)的固相隔離。Sistaninia等[21-22]在最新的研究中將該粒子模型擴(kuò)展到了三維尺度，更加直觀地模擬了糊狀區(qū)受力變形以及液相補(bǔ)縮失敗而導(dǎo)致熱裂形成的過程，但在理論層面并沒有得到實(shí)質(zhì)性的突破。

3.3 未來發(fā)展方向

基于不同假設(shè)所推導(dǎo)出的熱裂判據(jù)存在各種不確定性，所以在鑄造過程中的應(yīng)用有著很大的局限性。最好的可用判據(jù)應(yīng)該與鑄造條件相關(guān)，并且可以成功地預(yù)測(cè)出鑄件中可能產(chǎn)生的熱裂。目前探索中的理想模型存在以下兩大挑戰(zhàn)：①缺乏對(duì)裂紋形核的真實(shí)原因的認(rèn)識(shí)。也就是說，并不確切知道在特定的溫度和應(yīng)力條件下，什么樣的缺陷或者結(jié)構(gòu)可以成為裂紋誘發(fā)源；②裂紋的擴(kuò)展機(jī)制及斷裂行為與斷裂發(fā)生時(shí)的固相分?jǐn)?shù)及合金結(jié)構(gòu)有著必然的聯(lián)系。新的熱裂模型以及相應(yīng)的熱裂判據(jù)的探索必將聚焦于上述兩個(gè)研究領(lǐng)域。

4 結(jié) 語

鋁合金鑄件的精密鑄造成形是未來結(jié)構(gòu)零件的發(fā)展趨勢(shì)。大尺寸、薄壁以及復(fù)雜外形是這一類零件的主要特征。而在鑄造過程中，孔洞與熱裂一直是科研工作關(guān)注的關(guān)鍵問題。盡管近年來在合金凝固的基礎(chǔ)研究中取得了大量的成果，對(duì)凝固末期糊狀區(qū)的特性也有了相當(dāng)?shù)牧私?，?duì)凝固缺陷形成的關(guān)鍵因素有了趨于一致的定性認(rèn)識(shí)。但可實(shí)際應(yīng)用于工程領(lǐng)域的缺陷預(yù)測(cè)模型幾乎沒有。每一種模型都從某一角度分析，盡可能地忽略其他影響因素，本身就具有局限性。所以鋁合金凝固過程研究及缺陷控制依然是目前所面臨的重要基礎(chǔ)課題。

孔洞的形成既有液相中過飽和氣體析出的作用，也有凝固收縮導(dǎo)致的局部壓力損失的作用，并且在不同凝固狀態(tài)下，氣體析出與壓力損失的程度又有所區(qū)別。所以無論忽略哪一個(gè)影響因素都不可能得到反映真實(shí)孔洞的預(yù)測(cè)模型。熱裂的形成與孔洞類似，但又有所不同。液相補(bǔ)縮不足與應(yīng)力收縮受阻是關(guān)鍵因素，但是反映到深層次，與合金微觀結(jié)構(gòu)，組織形貌密切相關(guān)，從根本上可以追溯到與合金本身特性以及凝固條件相關(guān)。有機(jī)結(jié)合幾種影響因素才可以建立起真實(shí)有效的熱裂預(yù)測(cè)模型。繼續(xù)深入探索鑄造缺陷的形成機(jī)理，梳理與其密切相關(guān)的鑄造參數(shù)以及合金性質(zhì)因素，仍是發(fā)展缺陷預(yù)測(cè)模型的根本途徑。

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專欄特約編輯介萬奇

特約撰稿人杜 勇

特約撰稿人劉 峰

特約撰稿人蘇彥慶

特約撰稿人李 喜

介萬奇:男，1959年生，教授，博導(dǎo)；國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，教育部“長江學(xué)者”特聘教授，國家“百千萬人才”工程計(jì)劃入選人才；現(xiàn)為中國材料研究學(xué)會(huì)青年委員會(huì)常務(wù)理事，中國功能材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國航空學(xué)會(huì)航空材料專業(yè)委員會(huì)委員；獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)8項(xiàng)；獨(dú)著專著1部，合著專著2部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇，獲發(fā)明專利16項(xiàng)；主要研究方向?yàn)椋篒I-VI族化合物光電子材料晶體生長技術(shù)、性能表征及應(yīng)用技術(shù)研究；復(fù)雜合金凝固過程基本原理與鑄造技術(shù)研究。

杜勇:男，1964年生，中南大學(xué)教授，博導(dǎo)，中德“鋁合金微結(jié)構(gòu)”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任；國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，教育部長江學(xué)者，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)創(chuàng)新研究群體負(fù)責(zé)人；1993年8月～2003年1月先后在東京工業(yè)大學(xué)(聯(lián)合國教科文組織特邀科學(xué)家)、巴塞羅納大學(xué)(特邀科學(xué)家)、德國克勞思塔爾大學(xué)(德國洪堡學(xué)者)、維也納大學(xué)(博士后)、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(研究員)從事材料學(xué)研究；2004年至2007年以特邀教授身份在維也納大學(xué)和美國伊利諾伊理工大學(xué)合作科研8個(gè)月；現(xiàn)任國際刊物《CALPHAD》，《J Phase Equilib Diff》副主編，《Int J Mater Res》(原德國金屬學(xué)報(bào))，《Vacuum》，《J Mining and Metallurgy》編委，《金屬學(xué)報(bào)》，《粉末冶金材料科學(xué)與工程》，《硬質(zhì)合金》編委；國際相圖委員會(huì)委員；主持國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體和重點(diǎn)項(xiàng)目、“863”、重大國際合作等項(xiàng)目28項(xiàng)；獲省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家自然科學(xué)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國際相圖委員會(huì)最佳論文獎(jiǎng)1項(xiàng)，發(fā)明專利2項(xiàng)；先后在《Acta Mater》,《Phys Rev B》等30種國際刊物上發(fā)表論文320篇，SCI他引近3 000次，美國、德國出版的4種專著中用多達(dá)400個(gè)版面收錄其研究結(jié)果。

近11年來在國際會(huì)議作大會(huì)/主題報(bào)告42次，作為大會(huì)主席組織2次中德熱/動(dòng)力學(xué)及其在凝固過程中應(yīng)用的國際會(huì)議；2014年與金展鵬院士共同組織了第43屆CALPHAD國際會(huì)議；解決構(gòu)筑多元多相材料熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫等系列重要科學(xué)問題，建立了國際上迄今最準(zhǔn)確的鋁合金熱/動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫和世界上第二個(gè)硬質(zhì)合金熱/動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫。

主要研究方向：相圖熱力學(xué)；擴(kuò)散及界面反應(yīng)；材料性能測(cè)定及計(jì)算模擬；材料微結(jié)構(gòu)演變模型；硬質(zhì)合金和耐磨涂層。

劉峰:男，1974年生，西北工業(yè)大學(xué)教授，博導(dǎo)；2011年獲得國家杰出青年科學(xué)基金；入選2012年度教育部“長江學(xué)者”特聘教授；2012年被授予“陜西省優(yōu)秀創(chuàng)新人才”榮譽(yù)稱號(hào)，所負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)入選第一屆“陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”；2013年，獲第十三屆中國青年科技獎(jiǎng)，入選“國家百千萬人才工程”；獲省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊及國際會(huì)議上發(fā)表SCI收錄論文180余篇， H指數(shù)為18，影響因子3以上論文30篇，包括2篇發(fā)表在《International Materials Review》上的綜述以及26篇發(fā)表在《Acta Materialia》上的研究論文；主要研究方向?yàn)榉瞧胶庀嘧冞^程控制與組織形成理論；在非平衡凝固理論、固態(tài)相變動(dòng)力學(xué)、非平衡凝固與固態(tài)轉(zhuǎn)變的統(tǒng)一理論、亞穩(wěn)材料穩(wěn)定性研究等方面成果顯著。

蘇彥慶:男，1969年生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、博導(dǎo),金屬精密熱加工國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任；入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃，獲黑龍江省杰出青年科學(xué)基金資助；在《Acta Materialia》，《Metallurgical and Materials Transactions》，《APL》等期刊發(fā)表論文277篇，其中SCI論文191篇、EI論文219篇，出版專著2部，論著他引1 231次，SCI的H因子12、Google學(xué)者網(wǎng)的H因子15；授權(quán)發(fā)明專利22項(xiàng)；獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)；從事高活性合金熔煉、凝固、鑄造成形方面的研究工作；擔(dān)任世界鑄造組織有色合金委員會(huì)主席、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)常務(wù)理事、特種鑄造及有色合金技術(shù)委員會(huì)主任、《特種鑄造及有色合金》科技期刊編委會(huì)主任。

李喜:男，1975年生，上海大學(xué)教授，博導(dǎo)，上海市高校特聘教授，入選上海市科技啟明星和東方學(xué)者等多項(xiàng)省部級(jí)人才計(jì)劃；在熱電磁流體及其對(duì)凝固組織的影響、強(qiáng)靜磁場(chǎng)下材料的設(shè)計(jì)、制備和性能研究方面取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性的研究成果；主持和完成國家自然基金和項(xiàng)目等項(xiàng)目10項(xiàng)；在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊及國際會(huì)議上發(fā)表論文150余篇，其中14篇發(fā)表在《Acta Materialia》，SCI收錄85篇，SCI引用500余次；特邀國際會(huì)議報(bào)告5次。