Acta Mater.：相界面各向異性對塊狀共晶凝固微觀結構的影響

【引言】

共晶合金自然固化成兩相復合材料，可用于許多工程領域，特別是高強度材料。在結晶過程中，不同化學成分的兩相通過與生長前沿相鄰的液體區域進行擴散交換溶質。這兩個階段的幾何排列是由一個模式形成過程產生的，而該過程是由擴散和毛細現象的相互作用所支配的。不少研究已經解釋了這種耦合增長模式的諸多特征。如果兩個固相的體積分數是可比較的，則它們在交替的薄片中自組織；否則，少數相的棒分散在另一相的連續矩陣中。在許多實驗和數值模擬中也研究了表現出更復雜的對稱性或無序的結構。

【成果簡介】

近日，巴黎-薩克雷大學的Mathis Plapp（通訊作者）等人在Acta Mater.上發表了題為“Influence of Interphase Boundary Anisotropy on Bulk Eutectic Solidification Microstructures”的文章。研究人員運用多相場模型進行三維相場模擬，其表面自由能可獨立控制。研究發現相界面能的各向異性對微結構圖樣有很大的影響。薄片傾向于與最小相界面能的方向一致。對于兩倍各向異性，正如對兩立方晶體相界面的預期一樣，形成規則的層狀陣列，這明顯不同于在各向同性系統中觀察到的迷宮圖樣。如果兩個不同粒子競爭，則具有最低相界面能的粒子會過度生長。這些結果與大多金屬共晶樣品中的觀察結果一致，即大規模層狀陣列和具有特殊取向關系的晶粒大量存在。

【圖文導讀】

圖一：沿z方向生長的固體的界面

沿z方向生長的固體的橫向平面（xy）中的界面。

圖二：兩個共晶顆粒的時間演化

根據方程式(14)，兩個共晶顆粒的時間演化。

圖三：體積分數分布與時間的直方圖

構建相的體積分數分布與時間的直方圖。

圖四：有相界面能的兩個共晶顆粒

根據等式(15),具有相界面能的兩個共晶顆粒的概念圖。

【小結】

在這篇文章中，作者通過三維相位場模擬在相界邊界各向異性的存在下研究了微結構的形成。研究發現固 – 固相界面的各向異性對微結構具有強烈的影響。薄膜傾向于與最小相界面能的方向一致。對于具有雙重對稱性的各向異性函數，這有利于常規層狀陣列的出現，而對于各向同性系統，觀察到迷宮結構。如果有不同相界面能的幾種晶粒存在競爭，相界面能最低的相界面能總是優先生長。這為塊狀共晶樣品中存在大量具有特殊取向關系的顆粒提供了一個科學的解釋。

文獻鏈接：Influence of interphase boundary anisotropy on bulk eutectic solidification microstructures（Acta Mater.2017，DOI:10.1016/j.actamat.2017.08.023）

本文由材料人編輯部計算材料組daoke供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，上測試谷!