相場方法模擬界面各向異性對材料微觀結構的影響.pdf

1、眾所周知，材料的性能很大程度上取決于其微觀結構，而界面在微觀結構的演化過程中扮演著非常重要的角色。對于現(xiàn)實世界中使用的絕大部分材料而言，界面的各向異性對于材料在各種過程中（如:凝固、時效、晶粒長大等）微觀結構演變的影響是不可忽略的。深入了解界面各向異性對微觀結構演變的影響有助于優(yōu)化材料制各工藝以提升現(xiàn)有材料的性能，甚至于進行新型材料設計。然而，單純的實驗手段無法全面描述界面的各向異性。為此，人們往往借助于計算機模擬并輔以關鍵實驗來實現(xiàn)這

2、一目的。
　　 本論文選擇工業(yè)應用背景較強的Al-Cu合金時效強化和多晶晶粒長大過程為研究對象，采用建立在擴散相界面基礎上的相場法進行三維模擬，系統(tǒng)研究了界面各向異性在上述過程中對微觀結果演變的影響，為制備工藝的優(yōu)化和新型材料設計提供了有力的理論依據(jù)。本論文所取得的研究成果如下:
　　 1)基于Vaithyanathan等的工作建立了考慮彈性貢獻的三維微觀相場模型，對Al-2％Cu合金低溫(200～250℃)時效過程進行

3、了三維相場模擬，并與二維模擬和實驗進行了對比。模擬結果表明:界面能和彈性能的性質共同決定了θ'析出相的平衡形貌。同時模擬了平均長度、平均厚度和平均縱橫比隨時效時間的變化關系，并與二維模擬和實驗進行了比較。
　　 2)采用Moelans等建立的模型對各向同性和各向異性的晶粒長大過程進行了三維相場模擬，研究了小角度晶界對晶粒長大的影響。本工作中提出了一個特殊的一維變量θ來替代三維空間中的取向差，使模擬工作極大地簡化。本工作通過將各向