2000多年前人們就開始使用黃銅、青銅等包晶合金[1,2]，如今包晶合金已經在工業(yè)上得到了廣泛的應用 這些包晶合金包括Sn-Sb軸承合金[3]、Fe-Cr-Ni不銹鋼結構材料[4]、YBCO高溫超導材料[5]、玻璃成型合金[6]、Nd-Fe-B稀土永磁材料[7]、Tb-Dy-Fe超磁致伸縮材料[8]等 包晶合金凝固過程中的固-液包晶反應是一種重要的相變過程 研究包晶合金的凝固過程，對于揭示包晶反應的機理和提高包晶合金的性能至關重要 包晶反應是初生固相與液相反應生成另一個固相的過程 由于包晶反應過程通過較慢的固相擴散進行而難以反應完全，在凝固后的組織中總是存在未反應完全的初生相 而直接從液相中析出的初生相，其形態(tài)和分布對凝固后的組織和性能有重要的影響 合金的凝固包括晶體的形核和長大，其中晶體的長大通過固液界面的推移進行[9] 在常規(guī)凝固過程中，重力的影響難以避免 重力引發(fā)浮力對流、沉降和分層等現(xiàn)象，影響固液界面的穩(wěn)定性，進而使合金凝固后的組織發(fā)生明顯的變化[10] 而微重力環(huán)境下重力驅動的浮力對流、沉浮運動等被顯著抑制，合金在近乎純擴散控制的條件下凝固 這為揭示本征條件下的包晶凝固，以及實現(xiàn)初生相和合金元素的均勻分布提供了條件[11~13] Sn-20% Ni合金是一種典型的包晶合金，有制備工藝簡單、固-液兩相區(qū)溫度范圍較寬、包晶存在的范圍較寬、沒有固態(tài)相變等優(yōu)點[14~17] 落管是地面開展微重力實驗的重要手段，可用來研究合金在微重力作用下的凝固行為 鑒于此，本文使用高度為50 m的落管研究Sn-20% Ni包晶合金在重力和微重力條件下的凝固行為，分析重力對其凝固過程的影響及其機理 1 實驗方法 將純Ni(99.999%)和純Sn(99.999%)按照20%的質量比配料，在1 kg中頻真空感應爐內熔煉Sn-20% Ni包晶合金并澆鑄成錠 用線切割將鑄錠切成直徑為6 mm、長度為20 mm的圓柱形試樣 使用中國科學院金屬研究所50 m高的真空落管進行微重力凝固實驗，落管的真空度為10-4 Pa，微重力水平約為1×10-5 g0，實驗時間為3.2 s 實驗前，將試樣做好標記后依次放入內徑為6 mm、高度35 mm、壁厚1 mm的剛玉坩堝內，隨后將坩堝放入落管頂部的承載裝置中并調整高度使樣品位于加熱線圈中的合適位置 調整完畢后關閉實驗艙門，開啟真空裝置抽