掺杂溶质晶界偏析和溶质拖拽效应对纳米氧化铝生长行为影响的相场法模拟

• 作者: 石杰 唐赛 姚树伟 伍超众 马运柱 刘文胜 中南大学轻质高强国家级重点实验室
• 来源期刊: 粉末冶金材料科学与工程
• 关键词: 相场法 溶质拖拽 晶粒长大 异常长大 氧化铝
• 年，卷（期）: 2024,（4）
• 页码范围: 1-10
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/tf.2023020

摘要

采用相场模拟结合烧结实验，研究溶质元素晶界偏析影响下的纳米氧化铝晶粒生长行为及其动力学规律。通过在氧化铝多晶晶粒生长的相场模型中引入溶质拖拽效应，并将溶质拖拽强度与晶内溶质原子浓度和原子平衡偏聚比联系起来，研究不同溶质原子在晶界上的平衡偏聚比和初始晶内溶质原子浓度时氧化铝晶粒的长大行为，并定量分析不同溶质拖拽强度下氧化铝晶粒的异常长大现象。通过比较晶粒的平均尺寸和形貌演变，证明相场模拟结果与实验中氧化镧掺杂的纳米氧化铝晶粒长大行为相吻合。结果表明：在极强溶质拖拽效应下，氧化铝晶粒的生长受到明显抑制，晶粒生长缓慢，而低溶质拖拽效应对氧化铝晶粒生长的抑制效果不明显。从模拟的微观组织演变结果上看，晶界偏析也有可能引发少数氧化铝晶粒的异常长大，特定晶粒在生长过程中可能克服溶质拖拽效应从而快速长大，造成材料性能的损失。