Phase-field modelling of solute trapping during rapid solidification of a Si-As alloy
采用相场模型研究了快速凝固条件下生长固体的非平衡溶质捕获效应。考虑扩散固液界面上的连续稳态浓度分布，在相场的背景下引入了一个新的非平衡分配系数的定义。这个定义导致，特别是高增长速度，以更好地描述现有的实验数据相比，与其他扩散界面和尖锐的界面预测。
2006-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic phase-field simulations of symmetric alloy solidification
本文采用非变分波动相场模型研究了定向凝固的初始过渡阶段。该模型适用于二元稀溶液的对称凝固，不需要用涨落耗散定理来解释涨落统计。我们致力于我们的注意力瞬态政权期间，浓度梯度的建立和波动的作用，使界面不稳定。为此，我们计算的时间依赖的增长率的每一个模式和功率谱的波动的影响下演变的接口。定量协议时，发现比较相场模拟与理论预测。
2004-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale analysis of crystal defect formation in rapid solidification of pure aluminium and aluminium-copper alloys
快速凝固导致独特的微观结构特征，其中较少研究的主题是各种晶体缺陷的形成，包括高位错密度以及晶体取向的梯度和分裂。由于这些缺陷严重影响材料的机械性能和性能特征，因此了解缺陷形成机制以及它们如何取决于凝固条件和合金化非常重要。为了阐明快速凝固诱导晶体缺陷的形成机制，我们进行了多尺度模拟分析，包括键级势的分子动力学（MD），相位场晶体振幅扩展（PFC-AE）模拟，和顺序耦合相位场-晶体塑性（PF-CP）模拟。对由此产生的位错密度进行量化并与过去的实验进行比较。原子的方法（MD，PFC）可以用来校准连续水平的晶体塑性模型，和框架增加了从多尺度分析产生的机制的见解。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Capillary-Wave Model for the Solidification of Dilute Binary Alloys
从二元稀合金等温凝固的相场描述出发，建立了凝固前沿毛细波与溶质扩散浓度场相互作用的模型。该模型不依赖于尖锐的界面假设，并包括非平衡效应，相关的快速增长制度。在许多应用中，它可以通过分析来评估，最终出现一种不稳定性，这种不稳定性干扰了Mullins-Sekerka不稳定性，与Cahn在晶界运动中发现的不稳定性相似。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Emergence of rapid solidification microstructure in additive manufacturing of a Magnesium alloy
本研究结合先进表征与相场建模，揭示了镁稀土合金激光粉末床熔融过程中由快速凝固引发的振荡带状微观结构，为定制兼具几何适配与局部性能优化的生物可降解骨科植入物开辟新途径。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural Pattern Formation during Far-from-Equilibrium Alloy Solidification
我们介绍了一种新的相场制剂的快速合金凝固，定量地结合在固液界面的非平衡效应在一个非常宽的范围内的界面速度。模拟发现了一种新的动力学不稳定性的枝晶尖端生长驱动的溶质捕获速度接近绝对稳定极限。他们还再现了广泛观察到的带状微观结构的形成，揭示了这种不稳定性如何触发枝晶和无偏析凝固之间的过渡。预测的能带间距与快速凝固Al-Cu薄膜中的观察结果定量一致。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
On the role of confinement on solidification in pure materials and binary alloys
我们使用相场模型来研究约束对枝晶生长的影响，在过冷熔体中凝固的纯材料中，以及在稀二元合金的定向凝固中。具体而言，我们观察到的效果不同的垂直域范围（$δ$）尖端的选择，通过量化的枝晶尖端速度和曲率的函数$δ$，和其他工艺参数。随着$δ$的减小，我们发现枝晶尖端的工作状态受到有限边界存在的显著影响。对于特定的边界条件，我们观察到的开关的生长状态从3-D到2-D在非常小的$δ$，在纯材料和合金。我们表明，从合金模型的结果相比，从实验研究调查这种效果。
2006-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Advantages of rapid solidification over casting of Mg-0.4Zn-1Y alloy
本研究对比Mg-0.4Zn-1Y合金的传统铸锭冶金与快速凝固工艺，发现快速凝固可调控LPSO相、MFS及晶粒尺寸，实现优异力学性能与合理腐蚀速率的兼顾。
2024-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Planar Solidification from Undercooled Melt: An Approximation of a Dilute Binary Alloy for a Phase-field Model
采用相场模型研究了过冷熔体的平面凝固。在杂质浓度较低的情况下，得到了溶质场和相场。这些解在界面运动速度为零的极限下给出了平衡分配系数和液相线斜率。在高生长速度下，得到了溶质场和相场的渐近展开式，以及扩散速度与相场模型参数之间的关系。与数值计算的比较。
2004-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale dendritic needle network model of alloy solidification with fluid flow
我们提出了一个多尺度凝固模型的数学公式，在液相中的对流。该模型是二元合金中晶体生长的枝晶针网络方法的扩展。我们提出了一个简单的数值实现的基础上有限差分和逐步逼近的任意方向的抛物线树枝状分支。二维模型的结果进行了验证，对参考基准解决方案的稳定，不稳定，和浮力流，以及在扩散制度的稳态枝晶生长。强迫流动下的等轴生长的模拟产生的枝晶尖端速度在10%的定量相场的结果从文献。最后，我们进行了说明性的模拟多晶凝固的物理参数的铝-10wt%的铜合金。所得的微观结构显示出显着的差异时，考虑到自然浮力相比，一个纯粹的扩散运输制度。由此产生的模型开辟了新的途径，计算和定量调查的影响，流体流动和重力诱导的浮力后，选择树枝状微观结构。进一步正在进行的开发包括定向凝固条件的等效公式和三维模型的实施，这对于与实验测量进行定量比较至关重要。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
An image processing pipeline for in-situ dynamic X-ray imaging of directional solidification of metal alloys in thin cells
提出一种开源图像处理算法，用于薄电池中金属合金定向凝固的X射线成像定量分析，可分离固液结构、进行晶粒形态分析并研究凝固与对流相互作用，在低质量图像下依然可靠。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
A novel Grand-Potential Phase-Field Lattice-Boltzmann model for multi-phase solidification with convection
Indian Institute of Science（印度科学学院）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）
本研究开发耦合大势相场模型与格子玻尔兹曼方法的计算框架，模拟带对流的多相凝固，揭示对流对合金凝固微观结构演化的影响机制。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Solving Free Boundary Problems in Alloy Solidification under Universal Cooling Conditions
针对合金凝固的经典自由边界问题，本文提出融合锐界面与弥散界面模型的方法，通过行波相场方程、中间障碍概念及过冷度平坦化，在低计算成本下实现了逼近解析解的界面动力学模拟。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
An Isotropic Discretization with Semi-implicit Approach for Phase Field Model of Alloy Solidification
针对相场模型离散化引起的伪各向异性问题，提出基于六边形网格的二维各向同性离散化方法，并结合半隐式算法提高计算效率，显著减少网格诱导各向异性。
2023-09-02 cond-mat.mtrl-sci
The criterion of planar instability in alloy solidification under varying conditions: A viewpoint from free energy
本文研究了变化条件下合金凝固的平面失稳问题，结合理论模型与相场模型分析其动态演化，提出界面过剩自由能与界面能是平面失稳的临界参数判据，并通过模型对比与不同晶体取向实验验证了该判据。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced mechanical properties and microstructural stability of ultrafine-grained biodegradable Zn-Li-Mn-Mg-Cu alloys produced by rapid solidification and high-pressure torsion
本研究通过快速凝固结合高压扭转制备超细晶Zn-Li-Mn-Mg-Cu合金，实现纳米相均匀分布，平均晶粒尺寸低于360 nm，屈服强度达325 MPa以上，经热处理后屈服强度提升至440 MPa，并阐明热激活机制与晶界滑移为变形主导机制。
2023-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Numerical study of the influence of an applied electrical potential on the solidification of a binary metal alloy
在这项工作中，我们数值研究了均匀电场的影响，在宏观和细观尺度上的流动和传热现象在单向凝固的二元金属合金。数值结果表明，施加垂直于凝固前沿的脉冲放电导致更强的焦耳加热的液相相比，固相。研究发现，在介观尺度下，由于枝晶的复杂形状和固液相电导率的差异，电流密度是不均匀的。糊状区中电流密度的这种不均匀性导致枝晶的焦耳加热与枝晶间液体相比增加，并引起箍缩力（电磁洛伦兹力）。讨论了枝晶间液体对流的主要特征。
2007-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Onsager approach to 1D solidification problem and its relation to phase field description
我们给出了一个一般的唯象描述的稳态一维前传播问题在两种情况下：一个纯材料的凝固和等温凝固的两个组成部分稀合金。纯材料的凝固过程是由体相热传递和界面动力学控制的。二元合金的等温凝固过程受体相扩散和界面动力学控制。我们发现，界面动力学系数的对称Onsager矩阵的正定性的条件仍然允许任意符号的斜率的速度浓度线附近的固相线的合金问题或速度温度线的情况下，凝固的纯材料。这个结果提供了一个非常简单和优雅的方式来描述一个有趣的现象，一个可能的非单值行为的速度与浓度，以前已经讨论了不同的方法。我们还讨论了这种Onsager方法的相场描述的薄界面限制的关系。
2011-12-13 cond-mat.mtrl-sci
On the occurrence of buoyancy-induced oscillatory growth instability in directional solidification of alloys
该研究通过DNN模型和Navier-Stokes求解器，在Al-Cu合金中重现了定向凝固中的浮力诱导振荡生长，并绘制了振荡状态图谱，揭示了振荡类型与流体速度比的关系。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Isotropic finite-difference approximations for phase-field simulations of polycrystalline alloy solidification
合金凝固过程中微观结构斑图形成的相场模型通常使用有限差分法进行数值求解，该方法非常适合于在大规模并行计算机架构（例如图形处理单元）上进行计算高效的模拟。然而，这种方法的一个已知的缺点是，涉及空间导数的微分项的离散化引入了假晶格各向异性，可以影响固-液界面动力学。我们发现，这种影响是显着的多晶枝晶凝固的情况下，不同的晶粒的晶轴一般不符合有限差分晶格的参考轴。特别是，我们发现，与常用的有限差分实现的二元合金凝固的定量相场模型，无论是操作状态的枝晶尖端和枝晶生长取向的晶格各向异性的强烈影响。为了避免这个问题，我们使用已知的方法在实空间和傅立叶空间中推导出有限差分近似的领先的微分项在2D和3D是各向同性的顺序$h^2$的晶格间距$h$。重要的是，这些术语包括被发现对图案选择具有关键影响的反捕获电流的发散。2D和3D离散化使用近似形式的反捕获电流，便于在$O(h^2)$的相关各向同性微分算子的傅立叶空间推导，但我们也推导出该电流的标准形式的2D离散化。最后，我们给出了合金凝固的2D和3D相场模拟，表明各向同性有限差分实现可以显着减少虚假的晶格各向异性效应。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Development and Validation of Interatomic Potential for Sc and Al-Sc Alloys: Thermodynamics, Solidification, and Intermetallic Ordering
Merrimack College（梅里马克学院）
本文提出了一种用于钪和铝-钪合金的改进嵌入原子方法势能，通过统一热力学和凝固行为，实现了对合金相变和有序结构的准确模拟。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Phase Field Model of Alloy Solidification
我们提出了一个详细的推导和薄界面分析相场模型，可以准确地模拟微观结构的斑图形成的低速定向凝固的稀二元合金。相对于先前的相场模型的这一进步是通过在质量守恒关系中添加唯象的“反捕获”溶质流来实现的[A。Karma，Phys. Rev. Lett 87，115701（2001）]。这种反捕获电流抵消物理，虽然人为的大，溶质捕获效应时产生的介观界面厚度被用来模拟实验长度和时间尺度上的界面演变。此外，当固体和液体中的扩散率不相等时，它在模型中提供了额外的自由度，以抑制与该厚度成比例的其他虚假效应[R. F. Almgren，SIAM J. Appl. Math 59，2086（1999）]，其包括表面扩散和对Stefan条件的曲率校正。这种自由度也可以用来使界面的动力学过冷度任意小，甚至对于界面厚度和相场弛豫时间的介观值也是如此，就像对于纯熔体的凝固一样[A.卡玛和W J. Rappel，Phys.Rev.E53，R3017（1996）]。该模型的性能表明，通过精确计算的第一次内的相场方法的Mullins-Sekerka稳定性谱的平面界面和非线性细胞的形状为现实的合金参数和生长条件。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Mapping of Microstructure Transitions during Rapid Alloy Solidification Using Bayesian-Guided Phase-Field Simulations
本研究结合高保真相场模拟与贝叶斯主动学习方法，绘制Fe-Cr合金快速凝固中微观组织转变图谱，验证经典KGT模型的预测准确性并发现低G下的中间型微观组织，为合金工艺参数设计提供计算工具。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci
A mesoscale granular model for the mechanical behavior of alloys during solidification
我们提出了一个二维颗粒模型的机械行为的合奏的球状晶粒，在凝固过程中。通过基于预定义核的阵列的Voronoi镶嵌来产生颗粒结构。我们考虑的流体流动所造成的晶粒运动和凝固收缩的通道网络，形成的晶粒的面在镶嵌。我们开发的控制方程的流速和压降时，每个通道允许移动的颗粒，然后我们组装成一个全球性的表达，保持系统中的质量和力的方程。我们表明，该配方是一致的非平衡态热力学耗散配方。几个例子的问题来说明拉伸应变的效果和液体供给变形的微观结构的可用性。对于低于gs=0.97的固体分数，我们发现，流体能够在低应变下供给变形，即使不允许外部供给。对于高于gs=0.97的固体分数，具有“干”边界的晶粒簇形成，并且流体流动变得高度局部化。
2009-08-23 cond-mat.mtrl-sci
The role of solute concentration in interface instability during alloy solidification: A viewpoint from the free energy
凝固组织是由界面过程与热、溶质输运过程的相互作用决定的。本文研究了定向凝固中的平面不稳定性。首先，模拟了生长初期的界面演化过程，表明平面不稳定性表现为从平面到胞状的转变。其次，为了表示凝固的历史依赖性，在模拟中使用恒定的热梯度G和变化的拉速VP。结果表明，冷却速率R（= G*VP）控制界面的整体传播速度，以维持局部热力学平衡。溶质偏聚通过改变界面处的过剩自由能和相应的界面能来决定界面的稳定性。最后，对具有不同择优取向的晶粒进行了模拟，结果表明表面能及其各向异性不影响溶质扩散和平面生长。同时也验证了溶质偏聚影响界面能，导致界面不稳定的结论。另一方面，对于平面-胞状转变，最小表面刚度准则比最大表面能准则更适用。溶质浓度对过剩自由能和界面能的影响可以应用于其他由界面不稳定性引起的凝固模式，这将在未来进行研究。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Grain growth competition and formation of grain boundaries during solidification of hcp alloys
本研究通过相场建模揭示hcp合金定向凝固中晶粒竞争机制与立方晶体相似，温度梯度影响晶界取向选择，实验验证定性一致，为理解六方材料凝固行为提供新见解。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Competitive B2 and B33 Nucleation during Solidification of Ni50Zr50 Alloy: Molecular Dynamics Simulation and Classical Nucleation Theory
采用持久胚胎法和经典形核理论研究了Ni 50 Zr 50合金中化学计量比B2和B33相的均匀形核。这两个阶段成为非常接近的竞争对手在大的过冷度，这是与实验观察。在B2相的情况下，外推到熔化温度的固-液界面（SLI）自由能的线性温度依赖性导致从毛细波动方法（CFM）获得的相同的值。在B33相的情况下，SLI自由能在大的过冷度下也是温度的线性函数，但是外推到熔化温度导致与CFM值相当不同的值。这与在名义上平坦的界面迁移的模拟中观察到的熔化温度附近的B33相的SLI性质的大的各向异性是一致的。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Optimal and hysteretic fluxes in alloy solidification: Variational principles and chimney spacing
我们采取数值方法来分析的机制，控制间距的烟囱-通道没有固体-在二维糊状层固化二元合金形成。烟囱是浮力作用的主要管道，通过它将物质从糊状层中运输出来，并进入形成物质的液体中。实验表明，粗烟囱间距，我们追求的假设，这一观察结果是一个变分原理的后果：烟囱间距调整，以优化材料的运输，从而最大限度地提高存储在糊状层的势能去除率。最佳溶质通量随糊状层Rayleigh数近似线性增加。然而，当间距低于临界值时，烟囱会塌陷，溶质通量停止，揭示了烟囱对流和无流动之间的滞后现象。
2010-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Phase-field modeling of microstructural pattern formation during directional solidification of peritectic alloys without morphological instability
在包晶合金定向凝固过程中，两个稳定的固相（母相和包晶相）竞争生长成亚稳液相，其杂质含量大于任何一个固相。当母相或两个固相在形态上不稳定时，即，对于小的温度梯度/生长速率比（$G/v_p$），一个固相通常生长出并覆盖另一个相，导致与在稀二元合金的单相凝固过程中形成的胞状-枝晶阵列结构非常类似的胞状-枝晶阵列结构。相反，当$G/v_p$大到足以使两相形态稳定时，微结构的形成受到两个固相的成核和生长之间的微妙相互作用的控制。在这种情况下观察到的结构（在对流效应被抑制的小样品中）包括垂直于生长方向的母相和周相的交替层（带），其通过一个相交替成核和横向扩散到另一个相上而形成，如最近的模型[R. Trivedi，Metall. Mater. A 26，1（1995）]，以及部分填充的带（岛），其中周晶相不完全覆盖连续生长的母相。我们开发了一个相场模型，结合成核过程，以探索这些结构的形成的周向凝固。该模型的模拟揭示了从岛屿到乐队的形态过渡，在母相上的成核后，这原来是由一个显着的恒定的加速度，和生长形态的类型，人们可能会期望在纯扩散生长条件下观察到的大样品的周边相的传播的动态。
2001-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Gravity and Composition Modulated Solidification and Mechanical Properties of Al-Cu Nanostructures
本研究建立分子动力学模型，探究不同成分与重力水平对Al-Cu二元合金凝固行为及纳米结构硬度的影响，发现重力显著影响凝固路径，且可通过成分调控甚至逆转其作用，为地外环境构件设计提供新思路。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field simulations of solidification in binary and ternary systems using a finite element method
本文提出了二元和三元合金枝晶和共晶凝固的自适应有限元模拟。计算是基于最近制定的相场模型，特别是适合于多组分多相系统的非等温凝固建模。在这种方法中，一组控制方程的相场变量，合金成分的浓度和温度必须数值求解，确保本地熵产生和质量和内部能量守恒。为了有效地进行数值模拟，我们开发了一个数值方案，以解决控制方程，使用有限元方法的自适应非均匀网格的相边界的区域中具有最高的分辨率。模拟结果在三元镍$_{60}$铜$_{40-x}$铬$_{x}$合金的凝固研究合金成分的生长形态和生长速度的影响。获得的形态图显示了从树枝状到球状结构的过渡，随着Cr浓度的增加。此外，我们评论二元共晶相变的二维和三维模拟。观察到规则的振荡生长结构结合在3D中的矩阵相的拓扑变化。展望了我们的方法在描述AlCu共晶中的应用。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution during rapid solidification of hypoeutectic Al-Ag alloys near absolute stability
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Northeastern University（东北大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究通过动态透射电子显微镜和相场模拟探讨了亚共晶Al-Ag合金在接近绝对稳定性极限时的微观结构演变，揭示了生长速率与绝对稳定性极限的关系，并通过实验验证了预测结果。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
The superite phase and phase transition inducing multiscale solidification microstructures and segregations in steels
Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Liaoning（辽宁科技大学材料科学与工程学院）；Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF), Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）
研究揭示了钢固相变过程中超铁相的形成机制及多尺度微结构和偏析的产生，改变了对合金固化的传统认知。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative phase field modeling of solute trapping and continuous growth kinetics in rapid solidification
溶质捕集是合金快速凝固过程中的一个重要现象，连续生长模型（CGM）是目前流行的锐界面理论。使用匹配渐近分析，我们展示了如何将二元合金相场模型的尖锐界面行为定量映射到Aziz等人的CGM动力学上。[1]，具有可控的分配系数k（V）。我们展示了参数化，使相场模型映射到相应的CGM或经典的尖锐的接口模型。我们还证明了不同的接口宽度的映射是收敛的。最后，我们提出的效果，溶质捕获可以在定向凝固模拟细胞生长。溶质捕获的处理可以很容易地实现在不同的相场模型，并预计将是一个重要的功能，在快速凝固制度，如增材制造相关的定量相场建模的未来研究。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Spacing Characterization in Al-Cu Alloys Directionally Solidified Under Transient Growth Conditions
研究了Al-Cu合金在瞬态生长条件下定向凝固的间距选择。新的实验结果表明，枝晶间距与凝固速率的演变几乎是逐步的方式，与以前的理论预测兰格和同事。动态生长条件与实验结果相近的定向凝固相场模拟结果证实了这一点。枝晶臂间距的变化被证明是一致的枝晶不稳定性局限，最初，子域，而不是整个系统。这是由于生长条件的快速变化，这阻止了系统作为一个整体而适应，而是在一系列准孤立的域中。
2010-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The effect of the interface energy on pattern selection in alloy solidification: A phase-field study
凝固结构是由不可逆过程产生的耗散结构，对模式选择的透彻理解对于控制凝固结构是必要的。本文采用相场模型模拟了不同择优晶向下的凝固过程。研究了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对图形选择的影响。在初始阶段，溶质偏聚影响界面能，决定了平面界面的不稳定性。在平面-蜂窝转变（PCT）的详细演变期间，表面刚度主导该阶段。在PCT阶段，溶质偏聚程度高是指界面能低，导致在一次枝晶尖端后出现侧枝。在稳态阶段，界面的总体传播速度是相同的，而在不同的PCO模拟的尖端速度是不同的。不同的尖端速度导致不同的界面形态演化。分别讨论了整体耗散系统和局部自由能的观点。本文论证了溶质偏聚对界面能的影响，以及界面能对模式选择的影响。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Resolving thermal gradients and solidification velocities during laser melting of a refractory alloy
本研究利用高速红外成像技术，解析难熔合金C103激光熔化过程中的热梯度和凝固速度，揭示柱状晶向等轴晶转变机制，为增材制造微观结构控制提供指导。
2024-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microsegregation and dendritic growth mode of Al-5wt%Cu alloy based on non-equilibrium mush zone model
研究了Al-5wt%Cu合金的微观偏析和枝晶生长方式。在凝固初期，晶体将以间断生长和周期性边界俘获的方式生长，形成无偏析的枝晶。显微偏析只存在于凝固终了阶段，残余熔体分数极小。在微小的残余熔体区，溶质从富集边界层向残余熔体的扩散和富集边界的会聚产生最终的显微偏析。
2013-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Element-Specific Solute Trapping and Grain Structure Evolution during Laser Powder Bed Fusion of Multicomponent Alloys
University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；AlphaSTAR Technology Solutions（AlphaSTAR技术解决方案）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
本研究通过CALPHAD辅助高斯过程回归相场方法，揭示了多组分合金在激光粉末床熔融快速凝固中元素特异性溶质捕获对形核和晶粒演化的调控机制，并得到EBSD验证。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Solute trapping and diffusionless solidification in a binary system
大量关于二元体系快速凝固的实验数据表明，在初始（标称）化学组成下会形成亚稳固相。这一事实是解释完整的溶质捕获导致扩散（化学无分区）凝固在有限的晶体生长速度。特别注意的是开发一个模型的快速凝固，描述了从化学分配的过渡到扩散生长的晶体。分析处理导致完全溶质捕获的条件，其直接从固液界面周围的溶质扩散和在界面处的原子附着和分离的分析得出。在界面处的通量平衡所得到的方程考虑了两个动力学参数：界面上的扩散速度$V_{DI}$和体相中的扩散速度$V_D$。该模型描述了Si-As合金凝固过程中非平衡溶质分配的实验数据[M. J. Aziz等人，J. Cryst. Growth { \bf 148}，172（1995）; Acta Mater. { \bf 48}，4797（2000）]中对于所研究的凝固速度的整个范围。
2007-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Phase-Field Study on the Effects of Nanoparticles on Solidification and Grain Growth
本文用 PRISMS-PF 开源相场模型模拟纳米颗粒团聚、异质形核与晶界钉扎，提出依赖形核率和钉扎分数的修正 Zener 晶粒尺寸关系。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Orientation selection in alloy dendritic evolution during melt-pool solidification
本研究针对金属增材制造中高速凝固熔池的枝晶取向选择机制未明的问题，采用二维相场模型探究二元合金胞状-枝晶阵列倾斜生长的影响因素，建立取向选择图谱，为相关材料的亚晶结构等调控提供参考。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Solidification-cell confinement of domain-wall pinning in additively manufactured ferromagnets
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；Kwame Nkrumah University of Science and Technology（恩克鲁玛科技大学）
本研究建立将打印参数与铁磁体畴壁钉扎矫顽力关联的解析理论，引入约束因子，模型预测多类合金实验数据误差在1.9倍内，可用于制造前筛选合金成分。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci
On the influence of alloy composition on the additive manufacturability of Ni-based superalloys
研究了镍基高温合金在激光粉末床增材制造过程中对加工诱导裂纹形成的敏感性。十二种不同的合金-一些现有的（遗产）类型，但也有其他新设计的-被认为是。一个强大的相互依赖的合金成分和加工性能的证明。体视学程序的开发，使两个主要的缺陷类型-凝固裂纹和固态延性浸渍裂纹-被区分和量化。差示扫描量热法，蠕变应力松弛试验在1000 $^\circ$ C和拉伸延展性在800 $^\circ$ C的测量被用来解释合金成分的影响。固态开裂的模型，提出了一种基于无法放松的热应力所产生的约束差热收缩，其发展是由实验测量使用约束棒冷却试验的支持。修正的凝固开裂准则提出了基于凝固范围，但也包括从应力松弛效应的贡献。这项工作为这些材料的增材制造性的组成的作用提供了基本的见解。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Response-function-optimized phase field modeling of solute trapping and solute drag in rapid alloy solidification
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.（芬兰技术研究中心）；McGill University（麦吉尔大学）
研究快速合金凝固微观结构预测问题，核心方法是基于优化校准策略将目标响应函数嵌入相场公式获优化扩散率函数，主要贡献为证明模型准确性通用性、研究溶质拖拽影响及扩展到多元合金，为相关模拟提供途径。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Zr and Mo macrosegregation in Ti6246 titanium alloy industrial-scale ingot by vacuum arc remelting
研究了真空电弧重熔Ti6246钛合金工业铸锭中Zr和Mo的宏观偏析。研究了凝固过程中Zr和Mo宏观偏析的形成机理。Zr的宏观偏析特征为等轴晶区含量低，热顶区含量高。Mo表现出与Zr相反的趋势。Zr和Mo的宏观偏析最明显，统计偏析程度高于Al和Sn。结果表明，凝固过程中温度梯度和凝固速度对宏观偏析的形成起主导作用。热浮力使负偏聚的Zr不断排出到固液界面前沿。Mo在固液界面以正偏聚方式富集在固相中。
2021-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.pop-ph
Cell Invasion during Competitive Growth of Polycrystalline Solidification Patterns
通过微重力实验和相场模拟，发现凝固过程中不同取向晶粒间的胞晶可相互入侵，导致晶界高度卷曲，颠覆了晶粒作为独立区域的传统认知。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field model of alloy solidification far from chemical equilibrium at the solid-liquid interface
本研究进一步发展快速合金凝固相场模型，测试变分公式稳健性并扩展至浓合金，通过二维和三维模拟验证了增强溶质扩散率框架的有效性及绝对稳定性理论的预测能力。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
Nonequilibrium molecular dynamics simulation of rapid directional solidification
我们提出了非平衡分子动力学模拟的结果，从其液相生长的固体二元合金。被认为是制度的高拉速，$V$，其中有一个渐进的过渡，从溶质偏析溶质捕获。在偏析制度，我们恢复的指数形式的浓度分布在液相内。随着$V$的增加，溶质捕获逐渐稳定，我们的结果与Aziz的理论预测很好地一致[J. Appl. Phys. { \bf 53}，1158（1981）]。此外，流体平流速度显示为保持与$V$成正比，即使在这里考虑的最高速度（$V\simeq10$ ms $^{-1}$）。
2000-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
On the primary spacing and microsegregation of cellular dendrites in laser deposited Ni-Nb alloys
在这项研究中，合金相场模型被用来模拟凝固熔池内不同位置的凝固组织。温度梯度$G$和凝固速度$V$从宏观传热有限元模拟获得，并作为输入提供给相场模型。激光束速度和熔池内的位置上的主臂间距和在细胞尖端的Nb分区的程度的影响进行了研究。模拟稳态初级间距进行了比较幂律和几何模型。细胞尖端组合物相比，枝晶生长模型。研究了相场模型的非平衡界面分配程度。虽然相场模型有一个反捕获溶质通量项，旨在保持局部界面平衡，我们发现，在模拟过程中，它是不够的，在保持平衡。这是由于增材制造固化条件完全落在该通量项的允许极限之外的事实。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium chemical short-range order in metallic alloys
本研究通过高保真原子模拟揭示合金制造中的非平衡过程可导致化学短程序达到非平衡稳态，其机制为非平衡事件中的固有有序化偏向，为调控材料性能提供了超越平衡设计空间的新途径。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Composition on Microstructural Evolution during Homogenization of 7XXX Alloys
本研究针对7XXX系铝合金均匀化过程的微观组织演变问题，采用多尺度综合模型结合Scheil凝固计算，分析了成分与初始组织的影响，提出了优化的合金成分范围。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional morphology of an ultrafine Al-Si eutectic produced via laser rapid solidification
本文利用高通量表征与计算机视觉技术对激光快速凝固Al-Si超细共晶进行三维分支分析，证明其与杂质变质共晶在微结构起源上存在本质差异，并提出一种无需定制即可推广至其他体积数据集的定量方法。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Predictive modeling of solidification during laser additive manufacturing of nickel superalloys: Recent developments, future directions
与传统制造工艺相比，增材制造（AM）工艺生产的零件具有更好的物理、化学和机械性能。在AM工艺中，复杂的零件几何形状是由多组分合金粉末以逐层的方式通过多道激光熔化、固化和固态相变在较短的制造时间内以最小的表面精加工以合理的成本生产的。然而，越来越需要通过例如应力消除热处理和热等静压对制造的部件进行后处理，以始终实现均匀的微观结构和性能。AM工艺中的凝固控制晶粒的尺寸、形状和分布、生长形态、元素偏析和沉淀、随后的固态相变以及最终的材料性质。这个过程中的关键问题与多物理场（如流体流动和热量和质量的扩散）和多尺度（长度，时间和温度范围）的挑战有关，这些挑战是由于AM加工过程中局部快速加热和冷却而产生的。通过多尺度建模和模拟，将越来越好地理解合金化学-工艺-微观组织-性能-性能在这一过程中的相互关系。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
