王志成，李嘉荣，刘世忠，赵金乾，史振学，王效光，杨万鹏，岳晓岱

(中国航发北京航空材料研究院 先进高温结构材料重点实验室,北京 100095)

镍基单晶高温合金以其优异的综合性能，成为先进航空发动机涡轮叶片的首选材料[1-4]。随着航空发动机推重比的增大，涡轮叶片结构越来越复杂；为满足航空发动机推重比增大的需求，单晶高温合金承温能力不断提高，从而要求高熔点合金元素含量不断增加；复杂的涡轮叶片结构和高含量的高熔点合金元素使得单晶涡轮叶片凝固缺陷控制上面临巨大的挑战[5-7]。

单晶涡轮叶片定向凝固过程中可能形成的凝固缺陷主要有杂晶、雀斑、柱状晶、大角度晶界、显微缩松等，这些缺陷的存在降低了涡轮叶片的合格率，明显削弱了涡轮叶片的高温力学性能[8-10]。雀斑是单晶涡轮叶片制造过程中形成的平行于晶体生长方向的链状、细小等轴晶粒。由于宏观腐蚀后缺陷表面呈现明显的斑点状，被称为雀斑[11]。由于其宏观偏析的本质，雀斑一旦在单晶涡轮叶片上形成便不能通过后续的热处理来消除，对叶片的力学性能产生很大的影响，并且也直接影响单晶涡轮叶片的合格率。特别是近年来，涡轮叶片的结构变得越来越复杂，单晶高温合金中Re，W等高熔点合金元素含量不断增加，从而导致雀斑形成倾向增大[12-13]。因此，深入研究雀斑的形成机理与控制方法具有重要意义。

目前，关于雀斑的研究主要集中在两个方面，一方面是通过数值模拟与数学解析的方法研究定向凝固过程合金液体的对流情况并推导相关的雀斑形成判据，另一方面是通过实验和模拟的方法研究影响雀斑形成的因素。……