镁微合金化调控Inconel 625合金凝固行为的原位观察：成核与扩散的耦合机制

针对镍基高温合金中Laves相和NbC有害偏析导致的力学性能退化问题，研究人员通过HT-CLSM原位观察镁微合金化对Inconel 625凝固行为的影响。发现0.012–0.029 wt.% Mg可提升成核密度1451–1614%，降低固-液界面能并抑制后期相分离，为优化高温合金设计提供理论依据。

　　

在航空航天和能源领域，镍基高温合金Inconel 625因其卓越的耐腐蚀性和高温强度成为关键材料。然而，当温度攀升至600–900^°C时，合金内部会析出大量Laves相和NbC碳化物，这些硬脆相如同潜伏的“裂纹种子”，沿着晶界分布，导致合金韧性断崖式下跌。更棘手的是，传统工艺难以协调早期快速凝固与后期元素偏析的矛盾——冷却太快易产生成分不均，冷却太慢又无法抑制有害相聚集。如何破解这一“凝固困局”，成为材料科学家们亟待解决的难题。

中国的研究团队独辟蹊径，将目光投向镁元素这一“微观建筑师”。通过真空感应熔炼制备含0–0.029 wt.% Mg的合金试样，借助高温共聚焦激光扫描显微镜（HT-CLSM）这一“高温显微镜”，首次捕捉到镁在Inconel 625凝固过程中的动态作用。研究发现，微量镁如同高效的“凝固加速器”，在–20^°C/min冷却条件下，0.012 wt.% Mg使1345^°C时的凝固速率飙升1451%；更惊人的是，在–40^°C/min的快速冷却中，0.029 wt.% Mg能创造1614%的增速纪录。但镁的妙处远不止于此——它还能化身“界面调解员”，通过降低成核能垒和固-液界面能，促进早期形核；同时减少溶质原子扩散激活能，加速固-液转变。这种热力学-动力学双重调控机制，为理解微合金化提供了新视角。

主要技术方法
研究采用真空感应熔炼（VIM）制备含梯度镁含量的合金铸锭，通过HT-CLSM进行–20/–40^°C/min的原位凝固观测，结合电子探针（EPMA）分析元素分布，利用经典成核理论（CNT）和扩散控制生长理论解析数据。

Precipitate characteristics at the center of VIM ingots
铸锭中心析出相分析显示，镁的加入使析出相平均面积显著减小（p < 0.05）。0.012 wt.% Mg促进碳化物溶解-再析出，打断Laves相聚集，形成更均匀的分布格局。

Conclusions
镁通过降低界面能和扩散势垒的“双轮驱动”机制，实现凝固组织的精准调控。但过量镁或过快冷却会限制晶粒生长，说明“适度原则”至关重要。该成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，为发展高性能镍基合金提供了理论基石——既揭示了镁在原子尺度的作用密码，又为工业中控制偏析缺陷提供了工艺窗口。正如研究者所言：“镁如同凝固交响乐的指挥家，既能加速成核的‘前奏’，又能柔化偏析的‘强音’。”这一发现对航空发动机叶片等关键部件的寿命提升具有深远意义。