中国古代青铜器凝固过程的数值模拟及其相关工艺问题研究

本研究引入金属材料科学中成熟的凝固理论,对中国古代青铜器的铸造工艺进行系统研究,发现我国古代青铜器的凝固均属于非平衡凝固。基于这一认知,用ProCAST软件进行青铜合金凝固过程的仿真模拟,在动态可视的层面观察其凝固过程与铸造缺陷位置,进而探索其缺陷形成原因及工匠的处理机制。本研究总结出了我国古代青铜器凝固的4个关键要素--原料制备、温度控制、凝固时间与缺陷机理。基于现代凝固理论的模拟方法的引入,能够用一种全新的可视化、可计算的仿真技术研究我国古代青铜器的铸造工艺,为科学解读我国古代青铜器铸造工艺内涵、反映我国古代金属技术成就提供了重要的数据支撑。

四川博物院藏战国铜编钟饰金工艺的科学分析

为研究战国铜编钟饰金工艺,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线无损检测系统等分析仪器,对四川博物院藏战国铜编钟表面饰金纹饰的形态结构、成分和工艺特征等进行科学分析。形态特征显示:编钟表面有开槽,金丝填充于凹槽内,金丝表面存在明显间隙,部分金丝可见涂抹痕迹和边缘流挂痕迹,纹饰附近的基体上有金色颗粒残留。金丝表面未发现捶打或剪裁等加工痕迹,表明编钟装饰的金丝与传统错金工艺使用的金丝存在明显差异。金丝的成分分析结果显示:Au含量大于91.6%,Ag含量为1.0%~4.0%,Hg含量为0.5%~6.0%,且剖面可见大量孔隙结构。从金丝的形态特征和成分推测编钟采用了凹槽鎏金工艺进行装饰,开槽的目的是为了提高鎏金的附着力。此项工作不仅可为开展巴蜀地区青铜装饰工艺研究提供珍贵的数据支撑,也可为我国古代青铜装饰技法研究提供重要的实物资料。

合金凝固列状晶/等轴晶转变

在考虑合金组元局部线性叠加的基础上,结合计算相图,对多元合金凝固枝晶列状/等轴生长特性进行了系统的研究,通过考虑枝晶生长界面前沿的形核生长及竞争,发展了一个适用于多元合金凝固列状晶/等轴晶转变的理论模型,其与实验结果能很好的吻合。