同步辐射光源具有高能量、高亮度、高分辨率、单色性好等优点,其配合高读写速度及高分辨率的CCD成像系统,可实现对金属合金凝固过程的枝晶生长动态行为进行实时成像观察。本研究利用国内的北京同步辐射光源和上海同步辐射光源,对低熔点的Sn-12wt.%Bi合金的凝固进程中的枝晶生长、枝晶粗化以及在直流电场作用下的枝晶生长进行实时成像研究,成功地获得一系列丰富的等轴晶、柱状晶生长行为,如等轴晶-柱状晶转变、枝晶竞争生长、枝晶臂的断裂上浮等视频图像。通过得到的100gm厚的合金样品凝固的视频图像,解释了枝晶演变的动态过程,可以利用其对枝晶生长的动力学行为进行定量分析。实验发现不同冷却速率和温度梯度下,发生的粗化机制不同。粗化主要发生在凝固的开始阶段,因此二次枝晶间距也决定于这个阶段。枝晶的合并主要发生在凝固的后期,而枝晶根部的重熔断裂多发生在低冷却速率下,1.5℃／min。在不同的温度梯度相同冷却速率下,从枝晶最初生成到达到最终二次枝晶间距的时间不同,但其最终的二次枝晶间距大致相同。合金枝晶生长的实时成像为验证枝晶粗化模型提供了有利的证据。利用同步辐射成像对直流电场下Sn-Bi合金凝固时的枝晶生长过程进行实时观察。施加直流电场(电流密度7-32 A／cm2)后,枝晶生长受到抑制,枝晶尖端发生钝化成圆形或平直,并且没有发现三次枝晶的生成。随着电流密度的增加,枝晶形态发生了由柱状枝晶到胞状等轴晶再到枝晶状等轴晶的变化。特别地,当电流强度增大时,一次枝晶尖端发生分裂。这些成像结果为验证或完善已有的金属合金凝固理论提供了直接的第一手实验数据。同步辐射X射线实时成像技术为研究金属合金凝固理论提供了崭新的实验手段和研究思路。