鎳基單晶高溫合金在高溫和腐蝕性環(huán)境下仍能保持良好的物理與力學(xué)性能，是目前制造先進(jìn)航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C葉片的關(guān)鍵材料 而隨著先進(jìn)的定向凝固技術(shù)的發(fā)展和合金設(shè)計理論的提高，特別是難熔元素(Ta、Re、W、Mo)添加總量的不斷增加，使鎳基單晶高溫合金的熱穩(wěn)定性及高溫抗氧化和抗腐蝕能力極大提高[1] 但是，單晶的制備過程受熔體對流和合金元素偏析等的影響，容易生成粗大的枝晶組織、產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析并出現(xiàn)雜晶、雀斑和凝固裂紋等缺陷，嚴(yán)重?fù)p害單晶合金組織的均勻性和降低高溫力學(xué)性能[2~4] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究了重力對柱狀晶生長的影響[5~7] 結(jié)果表明，重力引起的熱溶質(zhì)對流是合金組織中出現(xiàn)雀斑和雜晶等缺陷的直接原因[8,9] 但是，在地面的常規(guī)凝固實驗難以完全擺脫重力的干擾，從而不能深入研究重力對柱狀枝晶生長、成分偏析及雀斑形成過程的影響 在微重力條件下，液體中的流體靜壓力、沉降及浮力對流等都基本消失，合金在近乎純擴散條件下凝固 因此，學(xué)者們在空間或模擬微重力環(huán)境中研究了重力對單晶凝固行為的影響 這些研究結(jié)果對于提高單晶質(zhì)量和性能，減少凝固缺陷有重要的意義[10~13] 中國在天宮二號在軌飛行期間，以單晶鎳基合金作為研究背景并結(jié)合當(dāng)時的實驗技術(shù)條件，采用AlCuMgZn單晶模型合金進(jìn)行了空間定向凝固生長實驗[14]，得到了空間微重力環(huán)境對該合金枝晶形態(tài)演變及成分分布的影響，為研究鎳基單晶高溫合金的空間凝固提供很好的參考 隨著中國空間站的建設(shè)以及空間材料實驗技術(shù)的提高，很快將具備鎳基單晶高溫合金的空間生長實驗條件 但是，空間材料實驗的機會畢竟極為寶貴，為了保證空間實驗的順利進(jìn)行和提高空間實驗的效率，有必要在地面開展一系列地基預(yù)研與補充實驗 落管是在地面開展微重力凝固環(huán)境的有效工具，可提供高質(zhì)量短時微重力條件，用于對比研究合金在微重力與重力下的凝固行為[15~17] 基于此，本文使用50 m長落管初步探索鎳基單晶高溫合金在微重力條件下的凝固行為，根據(jù)合金在重力和微重力條件下凝固組織和成分分布的差異探討重力影響該凝固過程的機制，為將來完成鎳基單晶高溫合金空間生長實驗奠定基礎(chǔ) 1 實驗方法 實驗用材料為Ni-Cr-Al-W-Ta五元鎳基單晶合金，成分列于表1，其中Cr和Al是高溫合金的基礎(chǔ)組成元素，適當(dāng)調(diào)整Cr和Al含量可降低其熔化溫度，滿足空間實驗資源和技術(shù)約束條件 W、Ta