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美国东北大学和美国科罗拉多矿业学院研究人员对可用于预测远离平衡态条件下合金凝固微观结构的相场模型的研究成果发表在国际物理学权威期刊《Physical Review Letters》上。
图1所示:(a) 界面速度接近绝对稳定极限时的尖端不稳定性;(b) 界面速度和在液相一侧的溶质浓度振荡。
相场方法(PF)是以热力学为基础的方法,常常用于模拟材料的相变和微观组织的演变。它是一种介观尺度的方法,其变量可以是抽象的非守恒量,来量度系统是否处于任何一个给定相(如固体、液体等);其变量也可以为守恒量,如浓度。
图2所示:(a)-(d) 不同界面速度时的带状微观结构;(e) 界面速度和温度的平面稳态曲线和带状循环周期性振荡。(a)和(d)对应的影片在补充资料[39]中显示。
研究人员在图3中展示了用潜热模拟的带状组织与在再凝固实验中产生的带状组织的定量比较,在该实验中,使用短激光脉冲在Al-9 wt.% (Al-4 at.%) Cu合金的薄膜中产生椭圆熔池。
图3所示:(a)Al-Cu薄膜凝固实验中带状微观结构的比较;(b)带有潜热和扩散效应的二维PF模拟。
此外,研究人员还提出的是一个全变分(variational)相场模型。不同于传统用于模拟金属凝固的非变分(non-variational)相场模型,全变分相场模型更容易被拓展到复杂的合金系统中去,比如多相、多元素合金系统中。因此该相场模型具有极其广泛的应用前景。
文章来源:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.026203
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