微观浓度场对银生长形貌的调控作用

利用原位光学显微镜和计算模拟技术研究了材料生长界面微观浓度场对材料结构演化的影响。在电沉积法制备银颗粒中,通过调控电位在电解液中生成氧化银胶体粒子。在外加电场作用下胶体粒子在溶液中运动,进而带动溶质的定向迁移;通过外加电场控制胶体粒子迁移速度,调控生长界面溶质浓度分布。随胶体粒子迁移速度增加,界面传质增强,颗粒生长前沿扩散层变薄,浓度梯度变大,银颗粒形貌由球状纳米晶变为对称枝晶结构,生长速度由10 μm²/s 增大到60 μm²/s。最后结合格子Boltzmann模拟结果,验证了界面浓度场对银颗粒形貌演化的调控作用。     

电子束选区熔化增材制造熔池演化多尺度模拟

电子束选区熔化增材制造是金属增材制造领域的重要发展方向。为了理解和控制电子束扫描过程中熔池流场与温度场演化规律,并进一步探明和预测凝固成形件的微观组织形成过程,提高零件的冶金质量和力学性能,本文采用基于格子玻尔兹曼方法及有限体积法混合格式的三维传热传质模型,对熔池的形貌尺寸、温度场、流场及相场演化进行模拟。结果表明,当电子束扫描速度从800 mm/s增加到1600 mm/s时,冷却速度从0.19 K/μs增加到0.45 K/μs,温度梯度从0.99 K/μm增加到3.72 K/μm。进一步采用基于格子玻尔兹曼方法的微观枝晶生长模型探究微观组织形成机制,研究发现,固液界面处出现沿温度梯度方向生长的柱状晶,且电子束扫描速度越大,柱状晶生长越快,熔体流动可在一定程度上促进柱状晶的生长。