快速合金凝固过程中的非均匀溶质拖曳效应

《Scripta Materialia》：Non-uniform Solute Drag in Rapid Alloy Solidification

原子模拟揭示了Ni-Cu合金在晶体-熔体界面（CMI）处的“预有序化-部分熔融”循环机制，该机制导致非均匀的溶质拖拽参数λ，挑战了经典理论中的均匀λ假设。将该非均匀λ纳入部分拖拽框架，与模拟结果在溶质捕获阶段（CST）达成定量一致，建立了统一的动力学约束框架，并成为相场建模的预测输入。

　　

Dexu Cui | Jiarun Qu | Zhenxin Pu | Jianbao Zhang | Yang Yang | Haifeng Wang

西北工业大学先进润滑与密封材料中心，凝固加工国家重点实验室，中国陕西省西安市710072

摘要

合金的快速凝固引发了一个长期存在的问题：在晶体-熔体界面（CMI），驱动力如何在结构有序化和溶质重新分布之间分配？对Ni-Cu合金的原子模拟揭示了一个此前未被认识的“预有序化-部分重熔”循环，该循环在溶质完全被捕获（CST）之前控制着溶质的重新分布。这一机制产生了一个依赖于过冷度的、非均匀的溶质拖拽参数$\backslash lambda$，推翻了经典理论中关于溶质拖拽参数均匀性的假设。将这种非均匀的溶质拖拽参数纳入部分拖拽模型中，可以在整个CST过程中获得与模拟结果一致的定量结果，从而建立了一个统一的动力学约束框架，并为相场建模提供了预测性输入。

作者贡献

Dexu Cui完成了主要工作并撰写了原始手稿；Jiarun Qu和Zhenxin Pu协助检查数据；Jianbao Zhang提供了宝贵的建议；Yang Yang和Haifeng Wang监督并指导了这项研究的进行及论文的撰写。

数据获取

本研究支持的数据可向通讯作者提出合理请求后获得。

代码获取

本研究中使用的所有模拟输入文件、数据集和分析脚本也可向通讯作者提出合理请求后获得。

作者贡献声明

Dexu Cui：撰写初稿、方法论构建、概念化。 Jiarun Qu：数据验证、数据管理。 Zhenxin Pu：数据验证、数据管理。 Jianbao Zhang：资金筹集、正式分析、数据管理。 Yang Yang：撰写、审稿与编辑、数据管理、概念化。 Haifeng Wang：撰写、审稿与编辑、研究监督、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52474426、52304414）、上海市自然科学基金（项目编号：23ZR1420200）以及博士后科学基金（项目编号：2023M732871、2024T171169）的支持。