金属学报

作者：王书成, 彭平

单位：湖南大学 材料科学与工程学院 长沙 410082

关键词：形核,液滴,分子动力学模拟,

基金：国家自然科学基金项目(51871096);国家自然科学基金项目(52071136)

鉴于均匀形核在快速凝固晶粒细化中的重要作用，本工作选取液态金属Al为研究对象，采用团簇类型指数法，通过对团簇结构遗传性的逆向追踪，研究了Al液滴在等温结晶过程中的形核特征。结果表明，在过冷度ΔT ≈ 0.41Tm (Tm为熔点)下，形核首先出现在液滴表层，并且其稳态形核率(I0)与临界晶核平均尺寸(n¯c)均比芯部大。可视化分析显示，临界晶核几何构型为非球形，液/固界面为fcc-液态/hcp多相结构。与Al液体相比，Al液滴的平均形核孕育时间(τ¯c)较长，而液滴表层的τ¯c又比液滴芯部长，但液滴和液体都呈现出晶胚平均有效生长时间(τ¯geff)远大于晶胚平均孕育时间(τ¯e)的特点。比较液滴的不同形核模式发现，直接从液态原子转化成fcc临界晶核数量(qc)很少，大多经历晶胚孕育和有效生长。由此形成的n¯c最大，且晶胚孕育时间(τe)对n¯c影响很小，但n¯c越大，晶胚所需有效生长时间(τgeff)越长。

来源：2025年第12期

《金属学报》期刊编辑部

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