A phase-field study of elastic stress effects on phase separation in ternary alloys
大多数商业上重要的合金是多组分的，作为加工的结果产生多相微观结构。当共存相是弹性共格时，这些相之间的弹性相互作用在微观结构的发展中起着重要作用。为了阐明当微观结构中存在两个以上的失配相时弹性应力对微观结构演化的关键影响，我们建立了一个二维的微弹性相场模型来研究三元合金体系中的相分离。一组耦合的Cahn-Hilliard方程的组成字段的数值解支配的三相微结构的时空演化。该模型采用Khachaturyan的微弹性理论相之间的相干应变相互作用。我们系统地改变相之间的失配应变（幅度和符号）以及大块合金组合物，以研究它们对相的形态发展和所产生的相分离动力学的影响。我们还改变了相之间的界面能的比例，以了解形态演化的弹性和界面能之间的相互作用。的迹象和程度的错配影响应变分配的阶段之间的调幅分解，从而影响其组成的历史和形态。此外，应变分配影响溶质分配和改变动力学的相粗化。与具有较低错配的那些相相比，与较高错配应变相关联的相看起来更粗并且表现出更宽的尺寸分布。当界面能满足完全润湿条件时，相分离会导致稳定的核-壳形态的发展，这取决于核（润湿）和壳（润湿）相之间的错配。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Early-stage Clustering in Ternary Metal Alloys Using the Phase Field Crystal Method
首次应用相场晶体学方法研究了合金成分对淬火/时效过饱和三元铝合金体系团簇行为的影响。形成工作的分析建立在Fallah { \it et al.}为了描述二元合金中早期团簇的位错介导的形成机制[Phys.Rev.B.，DOI：10.1103/PhysRevB.00.004100]。与实验一致，我们表明，Mg的添加到Al-1.1 Cu合金中的淬火/时效状态下的团簇的形核速率增加，通过增加有效的驱动力的形核，增强位错应力松弛和降低表面能与富Cu的Cu-Mg共团簇。此外，我们表明，它是有利的，小的亚临界集群有更高的亲和力Mg比更大的超临界富铜集群，特别是描绘了两个阶段的集群现象。
2012-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Dendritic to globular morphology transition in ternary alloy solidification
采用通用多组分相场模型的自适应有限元模拟方法，研究了三元合金凝固组织的演化。通过改变合金成分，在一个固定的过冷度的形态从枝晶到球状生长的过渡。的生长速度和杂质偏析在固相上的组合物的依赖性进行了分析，并表明树枝状和球状生长结构之间的过渡类型的平滑。
2005-01-20 cond-mat.mtrl-sci
A multi-physics model for dislocation driven spontaneous grain nucleation and microstructure evolution in polycrystals
提出统一热力学一致的多物理场模型，融合Cosserat晶体塑性与HMP取向相场，实现位错驱动的自发晶粒形核及晶界迁移模拟。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Icosahedral quasicrystal-enhanced nucleation in Al alloys fabricated by selective laser melting
选择性激光熔化（SLM）正在迅速发展成为主流技术。然而，这种增材制造方法的非平衡条件所固有的固化和微结构发展的基本机制仍然是未知的，这与传统加工技术的典型机制有很大不同。在这项工作中，在深入表征的微观结构的Al 7075 SLM处理的样品，从粉末混合物含有ZrH 2微粒，证明了发生二十面体准晶增强成核激光制造过程中。迄今为止，仅在含有微量Cr添加物的铸造Al-Zn和黄金合金中观察到这种凝固机制（Kurtuldu等人，2013）或Ti（Chen等人，2018）和Ir（Kurtuldu等人，2014），通过存在异常高比例的孪晶边界和位于等轴、随机织构化的超细晶粒基质内的孪晶最近邻之间的五重取向对称性来证明。这项研究证明了增材制造方法为研究新的物理冶金现象以及先进金属的设计提供了广泛的可能性。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Nucleation in Al-Ni Alloys: an Unsupervised Chemical and Topological Learning Approach
结晶是材料凝固的基本过程，决定了材料的微观结构。在原子尺度上的复杂现象的驱动下，它对合金的理解仍然是难以捉摸的。采用大尺度分子动力学模拟方法研究了典型过冷Al-Ni二元合金的均匀形核途径。一个无监督的拓扑学习分析表明，成核集首先从化学排序，其次是键取向排序的基础晶相。我们的研究结果还表明，不同的多晶型物的选择，这取决于组合物。Al 50 Ni 50的形核过程是一个单一的台阶，B2短程有序的出现，而Al 25 Ni 75的形核过程是一个向L12相的台阶形核过程。进一步讨论了纯Al和纯Ni对应物形核的影响。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Space-time approach to microstructure selection in solid-solid transitions
固体中固体的成核是由明显的动力学不均匀性的出现引发的，这种不均匀性由“活性”粒子组成，其轨迹显示出从弹道到扩散的突然转变，与微观结构从{ \it孪晶马氏体}到{ \it铁素体}的不连续转变相一致。活性颗粒表现出间歇性的堵塞和流动。活性粒子轨迹的性质决定了转化固体的命运--在抑制单粒子扩散时，转化通过罕见的弦状相关激发进行，从而产生孪晶马氏体核。这些弦状的激发沿着由不活跃粒子建立的势能地形中的脊流动。我们使用轨迹空间中的热力学来描述这种转变，即活性粒子被非活性粒子限制的动力学作用。我们的研究汇集了玻璃，堵塞，塑性和固体成核的物理学。
2010-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
On the role of selective nucleation and growth to recrystallization texture development in a Mg-Gd-Zn alloy
本研究结合非原位与准原位 EBSD，揭示 Mg-Gd-Zn 合金静态再结晶中双孪晶带等形核位点产生的非基面晶核凭借生长优势取代基面晶核并主导织构。
2023-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of the Microstructure Space in TiAlZrN Ultra-Hard Nanostructured Coatings
Ti $_{1-x-y}$ Al $_{x}$ Zr $_{y}$ N立方合金在25-70\% Al成分范围内由于高温下的亚稳相变途径而具有高的时效硬化能力。因此，它们是超硬纳米涂层材料的理想候选者。越来越多的证据表明，这种效果与弹性化学场诱导的相分离成成分分离的纳米立方氮化物相有关。在这里，我们研究了在1200 $^\circ$ C的调幅区域内的伪三元系的微观结构的演变，通过使用弹性化学相场模型。我们的模拟表明，氮化物纳米畴之间的弹性相互作用不仅极大地影响微观结构的形态，而且局部化学相平衡。在富铝区域的组合物空间中，我们进一步观察到富AlN相转变成其平衡纤锌矿晶体结构的发病。这项工作指出了这些氮化物系统可能获得的广泛的微观结构，并且它们的定制可能导致过渡金属氮化物基涂层材料的性能的显着改善。
2018-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Classical nucleation theory in the phase-field crystal model
要全面了解多晶材料，需要研究成核过程，这是一种通常发生在原子尺度上的热激活相变。这个过程的数值模拟对于传统的数值技术是有问题的：常用的相场方法的分辨率不延伸到成核发生的原子尺度，而原子方法如分子动力学不能缩放到中尺度区域，其中后期生长和结构形成发生在早期成核之后。因此，它是感兴趣的研究成核在最近提出的相场晶体（PFC）模型，它试图弥合原子和介观尺度制度的微观结构模拟。在这项工作中，我们数值计算均匀的液体到固体的成核率和孵化时间在最简单的版本的PFC模型，对于各种参数的选择。我们发现，该模型自然表现出定性协议与经典成核理论（CNT）的预测，尽管缺乏一些明确的原子特征假定在CNT。我们还研究了早期出现的晶格结构的成核晶粒，发现与CNT的一些基本假设的分歧。然后，我们认为，定量正确的成核理论的PFC模型将需要扩展CNT的多变量理论。
2017-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystalline equiatomic CoCrFeNi alloy thin films: Are they single phase fcc?
四元等原子CoCrFeNi大块合金在文献中被广泛研究。在实验条件下，该合金为单相fcc结构，其物理机械性能与五元等原子CoCrFeMnNi合金相似。大量的研究集中在块体纳米晶高熵合金或成分复杂合金的力学性能及其退火后的微观结构演变。薄膜加工路线为形成纳米晶合金提供了一种极好的替代方案。由于溅射法制备的薄膜具有成核率高、缺陷密度大等特点，其微结构演化的动力学过程往往比体材料中发生的过程要快。在这里，薄膜被用来研究在Si/SiO2和c-蓝宝石衬底上通过磁控共溅射从元素源沉积的纳米晶CoCrFeNi的相演变。与块体合金相比，薄膜的相和微观结构进行了讨论。主要结论是，只要有足够的形核位置，即使在室温下也可以形成第二相。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Solid phase crystallization under continuous heating: kinetic and microstructure scaling laws
分析了连续加热和晶核随机分布条件下的固相晶化动力学和微观结构。假设成核速率和生长速率都与阿氏温度有关。在这些情况下，系统具有标度律，使得标度系统的行为与加热速率无关。因此，在不同的加热速率下获得的动力学和微观结构仅在时间和长度标度因子上不同。关于动力学，示出了扩展体积随时间按照α_ex=[exp（kappa Ct）]^m+1演化，其中t'是无量纲时间。这种规模化的解决方案不仅代表了系统描述的显著简化，而且还提供了新的分析工具。例如，它已经有可能找到一个分析的动力学参数上的最终平均晶粒尺寸的依赖关系。关于微观结构，存在的长度缩放因子允许的晶粒尺寸分布的动力学参数的函数进行数值计算。
2008-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Time series forecasting of multiphase microstructure evolution using deep learning
本文提出将微观结构演化建模为时间序列预测问题，结合卷积自编码器与卷积循环神经网络构建深度学习代理模型，在调幅分解案例中实现高精度加速预测，并验证了迁移学习能力。
2024-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Nucleation in Crystal Phase Transition from Machine Learning Metadynamics
在这项工作中，我们提出了一个有效的框架，结合机器学习势（MLP）和元自洽探索多维自由能表面研究固-固相变。基于光谱描述符和神经网络回归，我们已经开发了一个计算可扩展的MLP模型，以保证准确的内插的能量表面，两相共存。应用该框架对50 GPa下GAN的B4-B1相变进行了不同模型尺寸的亚自洽模拟，观察到了相变机制从集体模到成核和生长的顺序变化。当系统尺寸等于或低于128000个原子时，成核和生长似乎遵循一个优选的方向。在较大的尺寸下，成核倾向于同时在多个位点发生，并通过超过临界尺寸而生长成微结构。观察到的原子机制的变化表明了大系统尺寸下统计抽样的重要性。MLP和亚稳相的组合可能适用于在极端条件下的广泛的一类诱导重建相变。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of elastic anisotropy on phase separation in ternary alloys: A phase-field study
沉淀物的形状、尺寸和分布是决定几种重要技术合金性能的关键因素。夹杂物之间的弹性相互作用修改它们的形态，并使它们沿弹性有利的结晶方向排列。在对沉淀相之间的弹性相互作用能有贡献的几个因素中，弹性模量的各向异性在弹性共格合金系统中相分离期间调制结构的出现中是决定性的。我们采用相场模型，结合弹性相互作用能之间的失配相研究弹性模量各向异性时，在三元三相合金系统的微观结构演变。组成场变量的时空演化是由一组耦合的Cahn-Hilliard方程数值求解使用半隐式傅立叶谱技术。我们有条不紊地改变失配应变，合金化学和弹性各向异性相分离过程中的域形态研究它们的影响。相和合金成分之间的共格应变改变共格相平衡和分解途径。弹性模量的各向异性程度根据相对错配的符号和大小改变沉淀物之间的弹性相互作用能，从而确定微观结构中夹杂物的形状和排列。
2019-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Molten salt synthesis of a nanolaminated Sc2SnC MAX Phase
MAX相是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料，也是合成二维MXene的前驱体材料。该理论预测存在600多个稳定的三元层状MAX相。目前，通过实验合成的三元MAX相有80多种，而M为稀土元素的MAX相报道较少。在这项研究中，一个新的MAX相Sc2 SnC与稀土元素Sc在M位合成通过反应烧结的Sc，Sn，和C的混合物。通过X射线衍射、扫描电镜和X射线能谱分析确定了Sc2 SnC的物相组成和显微结构。利用密度泛函理论研究了Sc2 SnC的结构稳定性、力学和电学性质。本研究为探索更多未知的三元层状稀土化合物Ren+1 SnCn（Re=Sc，Y，La-Nd，n=1）及相应的稀土MXene化合物打开了一扇大门。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Microstructure and Relaxor Ferroelectric Properties in (La_zBa_(1-z)(Ti0.80Sn0.20)O3
本文报道了一系列镧掺杂的锡钛酸钡（LBTS）陶瓷的微观结构与铁电性能的关系。采用固相反应法制备了样品，XRD分析表明样品为单相结构。扫描电子显微镜显示，虽然低La掺杂1原子%产生抑制晶粒生长在1 LBTS，较高的La掺杂量产生较大的叶状晶粒。这种特殊的晶粒生长和微结构演变可以归因于以下两个竞争因素的组合：（i）由于La掺杂导致的O空位的抑制导致晶粒生长抑制和（ii）由于共晶现象导致La掺杂高于2原子%导致2-D（叶状）晶粒的成核和生长的机制的增强。介电常数的测量表明，除了La增强扩散相变在BTS中，但其频率依赖性仅观察到在2原子%的La掺杂。这种特征弛豫行为和La掺杂的特定拉曼峰的强度的增加，以及非饱和PE磁滞回线证实了2和3原子% La掺杂BTS的极性纳米区域的存在。然而，由于晶粒尺寸减小，介电常数不能显著提高。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Nucleation in Eutectic Al-Si Alloys by Machine-Learned Molecular Dynamics
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, SIMaP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院，材料科学研究所）
本研究利用机器学习分子动力学方法，揭示了等温Al-Si合金中形核机制，发现Al在亚共晶条件下形核，Si在超共晶条件下形核，且两者生长形态不同。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Damage Preserving Transformation for Materials with Microstructure
提出一种通用程序，结合正交各向异性损伤定律与预损伤细尺度微观结构生成方案，解决多尺度模拟中损伤演化局限于细尺度区域的问题，为自适应多尺度模拟提供方法学基础。
2023-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation in Al-Zr-Sc alloys: a comparison between kinetic Monte Carlo, cluster dynamics and classical nucleation theory
Zr和Sc在铝合金中析出形成Al 3 ZrxSc 1-x化合物，在低过饱和度下，该化合物具有L12结构。本研究的目的是在原子尺度上模拟沉淀的动力学，并建立介观模型，以扩大范围的过饱和度和退火时间，可以模拟到实际感兴趣的值。为此，我们利用从头计算和实验数据拟合了描述Al-Zr-Sc体系热力学的Ising型模型。采用基于原子-空位交换机制的动力学Monte Carlo算法研究了沉淀动力学。集团动力学模型，然后在介观尺度上的所有不同阶段的均匀沉淀在两个二元Al-Zr和Al-Sc合金。这种技术正确地管理，以再现动力学蒙特卡罗模拟的降水动力学以及实验观察。对成核阶段的研究表明，只要考虑体系的短程有序趋势，经典理论就能很好地适用。这使我们能够提出一个扩展的三元Al-Zr-Sc合金的经典形核理论。
2005-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of dislocations on the spatial variation of microstructure in martensites
位错的连续统理论，主要由Kröner和Kosevich发展，将每个位错视为应变不相容的来源。我们表明，这一概念可以有效地采用朗道自由能泛函开发一个平均场的位错材料的介观模型。表示母相（通常为立方对称）畸变的序参量用弹性应变表示，这些应变本身通过不相容约束耦合。由于不相容性的“强度”取决于位错的局部密度，位错的存在影响微观结构的演化，反之亦然。该公式的优点在于位错之间的长程各向异性相互作用自然地出现在自由能的公式中。由于位错周围的晶体结构的畸变，它们在多相材料中的存在导致产物相的异质成核，从而也导致转变温度的变化。这种新颖的场论方法是非常方便的，因为它可以弥合差距，在研究材料的行为在长度和时间尺度上，是无法达到的原子或宏观模型。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and tensile behaviour of a cold rolled 8 wt\% Mn medium manganese steel
开发了一种新型中锰钢Novalloy，其成分为Fe-8.3Mn-3.8Al-1.8Si-0.5C-0.06V-0.05Sn，并通过热轧和亚温退火进行了形变热处理。该钢的屈服强度为1GPa，抗拉强度为1.13GPa，塑性为41%。为了研究亚温退火后冷轧对后续拉伸性能的影响，将该钢进一步冷轧至20%的压下量。冷轧后，观察到应变硬化率随着冷轧压下量的增加而不断增加，但在随后的拉伸试验中延展性没有显着下降。分析了冷轧压下量下的显微组织演变，以了解这种增强TRIP效应背后的机制。有人发现，冷轧激活额外的孪生系统，提供了大量的潜在的应变诱导马氏体的形核位点，在随后的拉伸试验中形成。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of lattice mismatch-induced strains on coupled diffusive and displacive phase transformations
用相场方法研究了既能发生慢扩散相变又能发生快位移相变的材料。该模型捕捉的时间-温度-转变（TTT）图，连续冷却转变（CCT）图，和这些合金的显微组织形成的基本特征。在某些材料系统中，可能存在与这些转变相关的固有体积变化。我们发现，这些一致性应变可以稳定混合微观结构（如保留的珠光体-马氏体和珠光体-马氏体混合物）之间的相互作用扩散和位移机制，这可以改变TTT和CCT图。根据条件的不同，这两种相可以竞争成核或合作成核。该模型还表明，体积变化的微小差异可能对马氏体形成的早期阶段和所得的显微组织产生明显的影响。--长版cond-mat/0605577 --关键词：Ginzburg-Landau，马氏体，珠光体，调幅分解，形状记忆，显微组织，TTT图，CCT图，弹性相容性
2006-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Landau Theory Treatment of the Wurtzite-based Heterovalent Ternary Semiconductors
三元异价半导体晶体无序性的表征一直是对固态理论的挑战。在这里，朗道理论开发的纤锌矿基三元半导体ZnSnN 2。结果表明，两个几乎共稳定的相，与空间群Pmc 21和Pbn 21的对称性，推断重构相变是通过相的混合物的晶体结构无序的源。由两个相邻的反位缺陷组成的位交换缺陷被认为是相变的成核机制。基于空间群对称性的Pmc 21和Pbn 21相的朗道势是从ISOTROPY软件套件中的在线数据库构建的，并且该势与经历顺电-反铁电相变的系统是一致的。据推测，低温，Pbn 21相是反铁电的c轴基面内。从朗道势导出的电极化率在反铁电行为的内尔温度下表现出奇异性。这些结果为研究广泛的异价三元半导体中的无序提供了信息，包括那些基于锌结构的半导体，并为三元半导体在新技术空间中的应用打开了大门。
2019-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of cellular/lamellar nanostructure in Sm$_2$Co$_{17}$-type binary and ternary Sm-Co-Zr magnets
本研究通过简化Sm-Co-Zr磁体系统并开展微观至原子尺度分析，发现仅含Zr且Zr含量至少为1 at.%的区域可形成类似工业磁体的胞状/层状纳米结构，但因缺乏Cu导致胞界元素梯度低而未获高矫顽力，并揭示了2:17相孪晶界通过促进非均匀形核助力该结构形成。
2024-12-19 cond-mat.mtrl-sci
An integrated full-field model of concurrent plastic deformation and microstructure evolution: Application to 3D simulation of dynamic recrystallization in polycrystalline copper
在高温下的许多时间依赖性变形过程产生显著的并发微观结构变化，可以以深刻的方式改变机械性能。这种微观结构的演变通常是缺乏中尺度变形模型和模拟。在这里，我们提出了一个集成的全场建模方案，耦合的机械响应与底层的微观结构的演变。作为第一个演示，我们集成了基于快速傅立叶变换的弹粘塑性（FFT-EVP）模型与相场（PF）再结晶模型，并进行三维（3D）模拟多晶铜的动态再结晶（DRX）。FFT-EVP和PF之间基于物理的耦合是通过以下方式实现的：（1）在FFT-EVP中采用基于位错的本构模型，其允许将预测的位错密度分布转换为存储的能量分布并传递到PF，以及（2）实施用于DRX的随机成核模型。与实验DRX应力-应变曲线校准，集成模型能够提供全场的力学和微观结构信息，从DRX可以实现定量描述和分析。有人建议，DRX的启动发生显着早于以前的预测，由于非均匀变形。DRX晶粒被揭示为在晶界和结（例如，四重连接），并且在生长期间倾向于保持与旧晶粒的三线。由此产生的应力重分布被发现有深远的影响，随后的位错演化和软化。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of strain and triaxiality on void evolution in a heterogeneous microstructure -- A statistical and single void study of damage in DP800
为了提高对机械非均匀微观结构（如双相钢）中损伤演化的理解，施加应力状态的影响是一个关键因素。在这项工作中，我们研究了全球施加的应力状态的损伤演化在这样的微结构的影响。经典的损伤模型允许基于各向同性连续体材料的考虑来预测变形过程中的损伤。在这里，我们调查他们的有效性，在一个双相微结构，是局部占主导地位的微观结构形态的复杂性的基础上，在不同的应力状态下形成的数千个单独的空隙的统计合奏。为此，我们结合了一个包含损伤形成的校准材料模型，以评估具有不同凹口几何形状的样品中的局部应力状态，并使用基于深度学习的自动显微图像分析对大面积的高分辨率电子显微镜进行检测和分类。这使我们能够获得变形过程中的连续应力状态和单个空隙形成的统计相关数据。我们发现，所施加的塑性应变是对总数的主要影响，因此，新的空隙的成核，而三轴度与中值空隙尺寸，支持其建议的影响空隙增长。相比之下，合并的空洞导致故障出现相关的剪切带形成的形式的局部不稳定性，因此，只有间接确定的全球应力状态，因为它决定了全球的分布，密度和尺寸的空洞。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of crystal nucleation in undercooled liquids -- A review
我们回顾了相场模型如何有助于理解晶体成核的各个方面，包括均匀和非均匀的过程，以及它们在微观结构演变中的作用。我们回顾了传统的相场方法，依赖于空间平均（粗粒度）的序参量捕获冻结，并通过最近开发的相场晶体模型，工作在分子尺度上，同时采用时间平均粒子密度，并被视为简单的动力学密度泛函理论的经典粒子所获得的结果。除了均匀成核和非均匀成核的简单情况之外，这些技术所解决的现象包括前体辅助成核、共晶和相分离系统中的成核、通过竞争成核过程的相选择、生长前沿成核、生长前沿成核、生长前沿成（在凝固前沿形成新取向的晶粒的过程）产生晶体层和球晶，等轴凝固组织由生长控制的胞状组织向形核控制的胞状组织转变。
2019-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Precipitation during high temperature aging of Al-Cu alloys: a multiscale analysis based on first principles calculations
将经典形核理论和相场模拟方法结合起来，建立了基于热力学原理的多尺度模拟方法，分析了Al-Cu合金高温时效过程中的析出行为。特别地，$θ''$、$θ'$和$θ$沉淀物的热稳定性从亥姆霍兹自由能的第一性原理计算来评估，而$θ''$和$θ'$的均质和非均质成核使用经典成核理论来分析。最后用介观相场模型计算了晶体生长。通过第一性原理计算和计算热力学得到的模型参数，定量地确定每个转变的驱动力。模型的预测结果与实验结果吻合良好，并提供了一个全面的了解在Al-Cu合金的沉淀途径。据设想，在这项调查中提出的策略可以在未来使用的基础上，从第一性原理计算获得的不同的能量贡献的信息来设计最佳的微结构。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Influence of microstructure on the application of Ni-Mn-In Heusler compounds for multicaloric cooling using magnetic field and uniaxial stress
利用Ni-Mn基变磁形状记忆合金对不同外界刺激（如磁场、单轴应力和静水压力）的巨热响应的新型多热制冷是一种有希望的节能环保制冷候选方案。然而，在文献中很少讨论当几个外场同时或顺序施加时微观结构的作用。本文采用真空吸铸法和电弧熔炼法合成了Ni-Mn-In三元合金，并分析了合金的微观结构对磁场和单轴应力响应的影响。结合SEM-EBSD和应力-应变数据，揭示了织构对应力诱发马氏体相变的显著影响。结果表明，<001>织构可以大大降低临界相变应力。晶粒尺寸对材料失效的影响进行了论证，并研究了其对磁场诱导相变动力学的影响。建立了温度-应力相图和温度-磁场相图，并用$Δ{s_T}$和$Δ{T_{ad}}$表征了材料的单热性能。将循环$Δ{T_{ad}}$值与在多热量利用滞后循环中获得的值进行比较。事实证明，吸铸微观结构和这两种刺激的组合，使出色的热量效果，在适度的外部领域，可以显着超过单一的热量性能。特别是对于Ni-Mn-In合金，当施加55 MPa的中等顺序应力时，在1.9 T的磁场中的最大循环效应增加超过200%至-4.1 K。我们的研究结果说明了显微组织的至关重要的作用，使用Ni-Mn基变磁性记忆合金的多色冷却。
2021-11-09 cond-mat.mtrl-sci
In situ observation of phase separation and hierarchical microstructure of KxFe2-ySe2 single crystals
KxFe 2-ySe 2单晶中相分离的性质还没有很好地理解。在这里，与温度相关的SEM图像提供了令人信服的证据，表明相分离对应于成核和生长过程，而不是亚稳分解。超导相是铁空位有序-无序转变后高温相的残留物。利用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB SEM）研究了铁空位有序基体中超导相的三维空间分布。我们的结果清楚地表明，超导相形成一个分级结构。理解这种分层结构的形成不仅可以指导未来大块超导体的合成，而且还可以极大地丰富我们对相分离和固态相变之间相互作用的知识。
2015-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Solidification Characteristics of Laser-Powder Bed Fused AlSi10Mg: Role of Building Direction
研究了激光-粉末床熔合（LPBF）成形方向对AlSi 10 Mg合金显微组织演变的影响。如实验制造的零件所示，构建方向可以影响凝固行为并促进胞状枝晶微结构中的形态转变。建立了AlSi 10 Mg合金激光加工过程的热模型，系统地研究了激光加工条件对熔池热特性的影响，为激光加工AlSi 10 Mg合金提供了指导。然后，我们采用了多序参量相场模型，研究LPBF-AlSi 10 Mg在稀释极限的微观结构演变，使用水平和垂直建设方向作为输入的底层热条件。这里采用的相场模型的目的是模拟凝固，允许考虑到形态学现象，包括柱状等轴过渡（CET）从孕育剂颗粒的异相成核。相场模型首先验证对先前开发的稳态CET理论的Hunt \cite{hunt1984steady}的预测。然后，它是用于在瞬态条件下研究微观结构的演变，揭示了形核率是显着较高的水平建造的样品，由于较大的成分过冷度，这是与实验观察相一致。我们进一步量化的局部冷却条件的建设方向的影响，从而对晶粒形态。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Microstructural engineering of medium entropy NiCo(CrAl) alloy for enhanced room and high-temperature mechanical properties
这项工作演示了一个强大的和韧性的中熵合金的发展，采用传统的合金化和热机械加工诱导部分再结晶（PR）和析出强化的显微组织。电子显微镜和原子探针层析成像的结合使用揭示了在此过程中的微观结构演变的顺序。首先，均匀化合金的冷加工导致高度变形的显微组织。在700°C下退火时，B2有序沉淀物在高度取向错误的位点上非均匀地成核。这些B2促进新的再结晶的无应变晶粒的粒子刺激成核（PSN）。再结晶晶界的迁移导致高密度层状组织中L12有序区的不连续析出。原子尺度的成分分析表明，显着量的Ni局限于GB区域之间的B2和L12沉淀，表明镍作为一个速率控制元素粗化的微观结构。在20小时的退火时，该合金包括软再结晶区和硬非再结晶区的复合微观结构、晶界（GB）处的B2颗粒和晶粒内的共格L12沉淀物。B2在再结晶期间固定GB运动，而后者提供高强度。该显微组织在环境温度下的0.2%屈服应力（YS）值为1030 MPa，伸长率为32%，并且在670°C下保持高达910 MPa。此外，它在700 °C下显示出出色的微观结构稳定性，并在高达770°C的高温下抗变形。变形显微组织的检查揭示了过度的孪晶、堆垛层错的形成、L12沉淀物的剪切以及归因于合金的高应变硬化的在B2沉淀物和GB周围的位错的积累。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ag nano-additivation on microstructure formation in Nd-Fe-B magnets built by laser powder bed fusion
本研究通过在原料粉末中添加Ag纳米颗粒，利用PBF-LB/M技术制备Nd-Fe-B磁体，发现Ag纳米添加促进了非均匀形核并细化晶粒，改变了晶间相分布，从而显著增强了畴壁钉扎和矫顽力，为永磁体微结构调控提供了新途径。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Composition-dependent Thin-film Synthesis of Layered Ternary Iron Nitrides FeMN2 (M = W, Mo)
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Stanford University（斯坦福大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
通过反应溅射和NH3退火制备层状FeMN2薄膜，研究成分对相形成、织构及电磁性质的影响，发现FeWN2和FeMoN2存在不同的结构适应机制。
2026-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Martensite decomposition kinetics in additively manufactured Ti-6Al-4V alloy: in-situ characterisation and phase-field modelling
针对增材制造Ti-6Al-4V合金的非平衡α'马氏体组织性能缺陷，结合原位表征实验与高效相场模拟，揭示了其马氏体分解的动力学规律与组织演化特征。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ductility and Brittle Fracture of Tungsten by Disconnection Pile-up on Twin Boundaries
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）；University of California Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Lehigh University（理海大学）；Northwestern University（西北大学）
研究单晶钨柱在初始缺陷微结构、变形条件和温度下的延性与断裂行为，揭示位错耗竭、孪晶生成及孪晶界钉扎导致裂纹萌生与扩展的微观机制。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Eutectic Growth in Two-Phase Multicomponent Alloys
本文提出了多元合金的两相共晶生长理论。该理论采用固/液界面的热力学平衡，从而使得有可能使用标准的CALPHAD数据库来确定多组分相平衡对共晶生长的影响。使用与Jackson Hunt理论相同的假设，我们发现Jackson Hunt理论中确定的二元合金的生长规律可以推广到含N元素的系统。特别是，一个新的模型是从这个理论推导出的三元两相共晶。利用该模型预测系统的共晶组织进行了讨论。
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and thermal stability of equiatomic CoCrFeNi films on (0001)alpha-Al2O3
在（0001）a-Al_2 O_3（c-蓝宝石）衬底上，室温下制备了均匀的面心立方（fcc）CoCrFeNi多晶薄膜。研究了200 ~ 670 nm厚薄膜在973 ~ 1423 K温度范围内的相稳定性和形貌稳定性。fcc相持续存在，而<111>30-100 nm宽的柱状晶粒的原始织构演变成~10或~1000微米宽的晶粒。只有与蓝宝石具有特定取向关系的晶粒生长;如在纯面心立方金属（M）膜的情况下，发现4种取向关系（OR）：OR 1（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[1-100]）和OR 2（M（111）[1-10]//α-Al 2 O 3（0001）[11-20]）及其孪生相关变体（OR 1 t和OR 2 t）。低于1000 K，膜的微观结构稳定成10微米宽的OR 1和OR 1 t孪晶膜厚度无关。在1000 K以上，OR 2和OR 2 t晶粒膨胀到超过膜厚度的1000倍以上的尺寸。在退火时，薄膜要么保持其完整性，要么破裂，这取决于晶粒生长和晶界开槽的竞争动力学。三重交界处的晶界，在电影的稳定性的主要演员，进行了跟踪。较薄的膜和较高的温度有利于膜破裂的去湿从孔槽在三重结下到基板。OR 2和OR 2 t晶粒的晶界迁移得足够快，以克服可能引发破裂的空穴的成核。OR 2和OR 2 t晶粒在这种复杂的合金中的生长速度比纯fcc金属在相同的同源退火温度。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of continuous dynamic recrystallization using a level-set method
动态再结晶是热成形过程中组织演变的主要现象之一。因此，更好地了解DRX机制并能够预测它们至关重要。本文提出了一个全场数值框架来预测亚晶组织在晶粒长大、连续动态再结晶和动态后再结晶过程中的演化。介绍了在数值环境中的微观组织表示。为改进子结构描述所作的发展被广泛地详述。使用这些模拟工具，运行完全亚结构化的微结构的晶粒生长的模拟。微观结构拓扑结构的影响，亚晶参数和一些剩余的储存能量，由于塑性变形进行了讨论。分析了再结晶晶粒的判别准则。最后，一个案例研究的框架模型的能力进行评估的连续动态和后动态再结晶。研究了晶界性质和形核规则对晶粒生长的影响。关于实验数据的结果的代表性将在即将发表的文章中讨论。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Thermodynamic phase-field model for microstructure with multiple components and phases: the possibility of metastable phases
从基本的热力学和动力学原理出发，建立了一个适用于任意数量组分和相的微结构扩散界面模型，并在变分框架内进行了形式化。该模型包括一个组成梯度能量捕获溶质捕获，因此适合于研究的现象，其中的界面宽度起着重要的作用。从均匀自由能的泰勒展开的非均匀自由能泛函的推导揭示了如何在质量约束下指定每个组分和相的界面性质。组分的扩散势被定义为远离稀溶液极限，并且使用多障碍屏障函数来约束相分数。该模型被用来模拟凝固通过形核，预熔在相界和三重结，小颗粒的内在不稳定性，溶质熔化导致不同的扩散系数在固体和液体。亚稳自由能表面的形状被发现在微观结构的演变中发挥了重要作用，并可能解释为什么有些系统在相边界和相三重连接处预熔，而其他人没有。
2011-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
High-fidelity level-set modeling of diffusive solid-state phase transformations for polycrystalline materials
针对多晶尺度下相变与晶界迁移割裂的问题，提出耦合 ThermoCalc、支持多元合金与形核建模的高保真水平集框架。
2024-05-01 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Dislocation-Driven Nucleation Type Switching Across Repeated Ultrafast Magnetostructural Phase Transition
CEITEC BUT, Brno University of Technology（布尔诺理工大学 CEITEC 中心）；Institute of Physics (IPHYS), Laboratory for Ultrafast Microscopy and Electron Scattering (LUMES), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所超快显微镜与电子散射实验室）；Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology（布尔诺理工大学物理工程学院）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
本研究通过激光照射调控FeRh薄膜相变路径，发现位错网络影响核化类型从均质到异质转变，并降低相变温度。
2026-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase nucleation, coarsening and evolution pathways of a sputtered nanostructured Inconel 725 alloy during heat treatment
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学极端材料研究所）；University of Southern California（南加州大学）
研究纳米结构Inconel 725合金热处理中相形核与演化路径，通过固溶和时效处理，利用缺陷结构控制相选择和析出路径，实现同时析出强化和晶粒稳定，为定制微观结构和协同强化提供策略。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy Engineering in Metals and Alloys
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（霍普金斯极端材料研究所，约翰斯·霍普金斯大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Pacific Northwest National University（太平洋西北国家大学）；Washington State University（华盛顿州立大学）
本文探讨了通过空位工程优化金属和合金性能的方法，强调了空位在微观结构调控中的关键作用。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Additively manufacturable high-strength aluminum alloys with thermally stable microstructures enabled by hybrid machine learning-based design
本研究针对增材制造铝合金高强度与热稳定性难以兼顾的问题，结合CALPHAD-ICME与贝叶斯优化的混合机器学习方法逆向设计合金成分，制备出兼具高强度、抗开裂性与高温稳定性的可增材制造铝合金。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci
A priori procedure to establish spinodal decomposition in alloys
本文提出一种无需实验参数即可预测合金调幅分解温度与波长的先验计算程序，并在NiRh中验证其屈服强度可超越镍基高温合金。
2023-11-17 cond-mat.mtrl-sci
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
Microstructural diversity, nucleation paths and phase behaviour in binary mixtures of charged colloidal spheres
我们研究低盐，二元水悬浮液的带电胶体球的尺寸比Φ = 0.57，数密度低于共晶数密度n_E，和数分数p = 1.00-0.40。由均匀剪切熔体凝固获得的典型相是体心立方结构的替代合金。在严格气密的小瓶中，多晶固体在长时间内对熔化和进一步相变是稳定的。为了比较，我们也准备了相同的样品，缓慢和机械不受干扰的商业狭缝细胞去离子。这些细胞的特点是一个复杂的，但良好的再现性序列的全球和局部梯度的盐浓度，数密度和组成诱导连续去离子，电泳运输和差异沉降的组件，分别。此外，它们提供了适合β相非均质成核的扩展底表面。我们给出了一个详细的定性表征的结晶过程中使用成像和光学显微镜。与体样品相比，在狭缝单元中的初始合金形成不是体积填充的，并且我们现在还观察到具有低溶解度的奇数组分的α和β相。除了最初的均匀成核路线，梯度的相互作用打开了各种进一步的结晶和转化途径，导致微观结构的巨大多样性。在随后的盐浓度增加时，晶体再次熔化。基于壁的卵石状β相晶体和多面α晶体最后熔化。我们的观察结果表明，在体实验中形成的替代合金均匀成核和随后的增长是机械稳定的情况下，固-液界面，但结晶亚稳。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High-throughput in-situ characterization and modelling of precipitation kinetics in compositionally graded alloys
开发新的工程合金化学是一个耗时和迭代的过程。一个必要的步骤是表征纳米/微观结构，以提供所考虑的每种合金化学成分的加工和性能之间的联系。加速识别最佳化学成分的一种方法是使用含有成分梯度的样品，即。组合样品，并同时研究许多不同的化学物质。然而，对于工程合金，最终性能不仅取决于化学，而且取决于微观结构发展的路径，这需要表征每种化学的微观结构演变。在这方面的贡献，我们展示了一种方法，允许在原位，纳米级表征合金中的沉淀物结构，作为老化时间的函数，在组合样品中含有的组成梯度。该方法使用小角X射线散射（SAXS）在同步加速器光束线。Cu-Co系统用于概念验证，并且制备的组合样品含有0%至2%的Co梯度。将这些样品在450{ \textdegree } ℃和550{ \textdegree } ℃之间的温度下老化，并且同时监测作为时间函数的全部沿组成梯度的沉淀物结构（沉淀物尺寸、体积分数和数密度）。这个大的数据集是用来测试的适用性和鲁棒性的常规类模型的沉淀，考虑并发成核，生长和粗化和模型的能力来描述这样一个大的数据集。
2015-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Application of Finite Element, Phase-field, and CALPHAD-based Methods to Additive Manufacturing of Ni-based Superalloys
在这项工作中使用的数值模拟研究方面的显微组织和显微偏析的镍基高温合金在激光粉末床熔融增材制造过程中的快速凝固。有限元分析的热建模模拟激光熔池，表面温度与Inconel 625上的原位热成像测量结果一致。提取模拟熔池的几何和热特征，并用于随后的中尺度模拟。在两个长度尺度上模拟了熔池中的凝固。采用Scheil-Gulliver凝固模型和DICTRA软件计算了Inconel 625多元合金枝晶间的显微偏析。相场模拟，使用Ni-Nb作为一个二元类似物的Inconel 625，产生的显微组织与主细胞/树枝状臂间距与实测间距在实验观察到的显微组织和较小程度的显微偏析比预测的DICTRA模拟协议。的组合物配置文件是用来比较热力学驱动力的成核对实验观察到的沉淀物通过电子和X射线衍射分析确定。我们的分析列出了可能由富枝晶间成分的FCC相形成的沉淀物，并将这些沉淀物与在两个温度下1小时热处理的实验观察到的相进行比较：1143 K（870°C）下的应力消除或1423 K（1150°C）下的均匀化。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Pattern Formation Mechanism of Directionally-Solidified MoSi2/Mo5Si3 Eutectic by Phase-Field Simulation
采用相场法研究了MoSi 2/Mo 5Si 3共晶复合材料的脚本片层结构的形成机理。MoSi 2/Mo 5Si 3共晶复合材料是一种很有前途的高温结构材料。在10 mm/h、50 mm/h和100 mm/h三种生长速率下，模拟结果中的片层图案间距与实验观察值和解析解吻合较好。与具有连续图案的规则共晶相比，Mo 5Si 3棒的不连续性被认为是由固-液界面的不稳定性引起的。在本研究中，Mo 5Si 3形核的固-液界面上的实施已被提出，并成功地再现了不连续的特性。在模拟中得到了与含0.1at%Co的MoSi_2/Mo_5Si_3三元共晶合金中观察到的相似的高度随机的层状图案，这是由于形核频率的增加。此外，它已被证明，倾斜的Mo 5Si 3棒可以通过考虑到晶格应变能，这通常被认为是可以忽略不计的共晶反应的强烈弛豫，作为结果的形成的台阶结构的再现。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci
A Multi-Component Phase Field Crystal Model for Structural Transformations in Metal Alloys
提出了一种新的多元合金结构相变相场晶体模型。形式主义建立在Greenwood等人开发的两点相关内核之上。用于描述纯材料中的结构转换[Phys. Rev. Lett. 105，045702（2010）]。我们引入了一个有效的两点关联函数的多组分合金，使用本地物种的浓度，不同的晶体结构之间的插值。一个简化版本的模型推导出三组分（三元）合金的特殊情况下，其平衡性能的证明。动力学方程的密度和多组分浓度场的推导，并说明了模型的鲁棒性与复杂的微观结构演变的例子在枝晶凝固和固态析出。
2012-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Isothermal Annealing of Shocked Zirconium: Stability of the Two-phase $α/ω$ Microstructure
在高压条件下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到六方$ω$相的相变。在恢复到环境条件时，材料显示滞后行为，保留大量的亚稳$ω$相。本研究提出了一种原位同步辐射X射线衍射分析的Zr样品冲击加载到压缩峰值应力为8和10.5 GPa，然后在443，463，483，和503 K的温度下退火。定量跟踪了退火过程中$α$相体积分数的变化，定性跟踪了退火过程中两相位错密度的变化。在加热时，$ω\toα$的逆转变不会完成，而是达到新的亚稳态。在较高温度下，初始转化速率较快。冲击加载到更高的峰值压力的样品经历了更高的初始转化率和更广泛的转化。在这两个阶段的位错含量被观察到是高的冲击样品。退火样品减少了两个相中的位错含量，在$ω$相中的减少较少，导致从$ω\toα$的转变受到$ω$相中位错结构的钉扎效应的限制的假设。电子背散射衍射分析证实，预期的$(0\;0\;0\;1)_α\parallel(1\;0\;\overline{1}\;1)_ω$和$[1\;0\;\overline{1}\;0]_α\parallel[1\;1\;\overline{2}\;\overline{3}]_ω$取向关系保持在退火期间的$α$相的成核和生长期间。\end{abstract}
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
