·1604 工程科学学报，第43卷，第12期 液凝固晶粒大小的影响规律阿，超重力系数越大， 影响规律，在重力系数600条件下进行凝固，合 晶粒越小.钢水(Cr12)和铝合金液(A-6%Cu)的 金的延伸率提高到4倍以上，抗拉强度提高到2倍 凝固过程，也说明晶粒大小随重力系数增加而减 以上.相关学者研究了A-Ni、A1-Si系列合金的 小7-8，如图18(b,c)所示.图18(d)是超重力系数 超重力凝固，也说明了超重力细化晶粒和大幅提 对Cu-l1%Sn合金凝固的晶粒大小、力学性能的 高材料性能的作用0) (a)G=1 G=60 0.20 0.16 三0.12 75m 75m G=246 G=553 0.04 0.00 0 200400600800 1000 75m 75μm Gravity coefficient (b) G=1 G=35 G=80 G=220 G=320 2004m 200um 2004m 200um 200μm (c) G=1 G=100 G=300 G=500 G=700 200m 200μm 200μm 200um (d) G=1 G=100 600 G=600 500 400 G=300 200 uim 200um 300 G=300 G=600 200 G=100 G=1 100 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 200m 200μm Strain 图18重力系数对不同金属凝固品粒尺寸及力学性能的影响.(a)纯铝：(b)Cr12钢：(c)A-6%Cu合金：(d)C-11%Sn合金 Fig.18 Effect of the gravity coefficient on the grain size and mechanical properties of solidified metals:(a)pure Al.(b)Cr12 steel (c)A%Cualloy: (d)Cu-11%Sn alloy 超重力凝固虽然品粒细化作用显著，但是当 子排列烧结法、激光烧结法以及离心铸造法等 固液相温区较大和冷却速度较慢时，凝固组织的 其中，离心铸造法，实质上就是超重力法，其具有 宏观偏析可能会加大 诸多优点：设备简单、效率高、成本低，能够制备 62超重力凝固制备梯度功能材料 高致密度、大尺寸的梯度功能材料.离心超重力 梯度功能材料的制备方法众多，如气相沉积 铸造法制备梯度功能材料的基本原理为：超重力 法、自蔓延高温合成法(SHS)、等离子喷涂法、粒 的作用下，密度不同的固液两相各自分离，固相发液凝固晶粒大小的影响规律[86] ，超重力系数越大， 晶粒越小. 钢水（Cr12）和铝合金液（Al−6%Cu）的 凝固过程，也说明晶粒大小随重力系数增加而减 小[87−88] ，如图 18（b,c）所示. 图 18（d）是超重力系数 对 Cu−11%Sn 合金凝固的晶粒大小、力学性能的 影响规律[89] ，在重力系数 600 条件下进行凝固，合 金的延伸率提高到 4 倍以上，抗拉强度提高到 2 倍 以上. 相关学者研究了 Al−Ni、Al−Si 系列合金的 超重力凝固，也说明了超重力细化晶粒和大幅提 高材料性能的作用[90−93] . G=1 G=1 G=1 G=1 G=1 G=100 G=100 G=100 G=300 G=300 G=600 G=300 G=600 G=500 G=700 G=35 G=80 G=220 G=320 G=60 G=246 G=553 75 μm 75 μm 75 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 200 μm 75 μm (a) (b) (c) (d) 0.20 Grain size/mm2 0.16 0.12 0.08 0.04 0.00 0 200 400 600 800 1000 Gravity coefficient 600 500 400 Stress/MPa 300 200 100 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Strain 图 18    重力系数对不同金属凝固晶粒尺寸及力学性能的影响. （a）纯铝；（b）Cr12 钢；（c）Al−6%Cu 合金；（d）Cu−11%Sn 合金 Fig.18    Effect of the gravity coefficient on the grain size and mechanical properties of solidified metals: (a) pure Al; (b) Cr12 steel; (c) Al−6%Cu alloy; (d) Cu−11%Sn alloy 超重力凝固虽然晶粒细化作用显著，但是当 固液相温区较大和冷却速度较慢时，凝固组织的 宏观偏析可能会加大[89] . 6.2    超重力凝固制备梯度功能材料 梯度功能材料的制备方法众多，如气相沉积 法、自蔓延高温合成法（SHS）、等离子喷涂法、粒 子排列烧结法、激光烧结法以及离心铸造法等. 其中，离心铸造法，实质上就是超重力法，其具有 诸多优点：设备简单、效率高、成本低，能够制备 高致密度、大尺寸的梯度功能材料. 离心超重力 铸造法制备梯度功能材料的基本原理为：超重力 的作用下，密度不同的固液两相各自分离，固相发 · 1604 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期