Gasar工艺是基于金属固、液两相对气体的吸收程度存在较大差异,通过控制凝固工艺参数得到规则气孔排列结构的定向凝固技术。相比于传统方法（烧结法、发泡法等）制备的多孔金属,Gasar工艺制得的多孔材料除具有轻质、吸声、减震等性能外,在沿孔长方向上还具有优异的力学性能。为得到预期结构的气孔,研究者进行了多方面研究,如控制凝固工艺参数、设计合金成分、调整实验设备等。但是传统制备工艺（模铸法）无法制备低热导率的合金材料,如不锈钢等。日本的Nakajima课题组虽然采用区域熔炼工艺成功制备了多孔不锈钢,但是实验过程中的工作气体是氢气,压力高达25个大气压,危险性很大。因此,本文利用区域熔炼工艺,以不锈钢中的基本元素—Fe为原材料,在氮气氛下制备了多孔纯铁,研究了氮在纯铁中的溶解与析出行为。具体内容如下:依托课题组自行设计、安装与调试的区域熔炼炉,在氮气氛下成功制备了多孔纯铁,提高了多孔金属材料制备过程的安全性。计算了不同温度和气压下氮在纯铁中的溶解度,分析了凝固工艺参数对气孔结构的影响规律。基于经典形核理论,探究了纯铁中氮气孔的形核、长大过程,对圆柱形气孔的气孔率随气压的增大先增后减这一现象进行了解释。氮气压力既提供气泡形核的驱动力—固、液两相中的氮溶解度差,又扮演着气泡长大阻力的角色。除形状规则且定向排列的圆柱形气孔外,在试样中还存在分布更加均匀的球型气孔（0.15～12μm）。随氮气压力的增加,球型气孔的形核位置慢慢由晶界处向晶内转移。低氮气压下的气泡形核依赖于晶界处存在的能量和高熔点异质形核核心;氮气压力较高时,固、液两相中的氮溶解度差造成的驱动力足够气泡形核,所以气孔分布没有明显的集中性。基于西华特定律和理想气体公式,建立了简单的固相中析出球型气孔的气孔率模型,模型与实测值吻合良好。基于熔体热力学原理,建立了抽拉速度与气孔直径、孔间距之间的关系模型。模型预测值与实验值吻合情况良好,总体变化趋势一致。在较低的试样抽拉速度下,由于固/液界面处熔体对流和感应线圈造成的熔区翻滚,孔间距的预测值略小于实验值。