金属固化中 Peritectic 结构演化的原位研究：基于准同时 synchrotron X射线衍射和断层扫描
材料科学
2026-05-11 v1
摘要
通过准同时 synchrotron X射线衍射和断层扫描技术，我们原位、实时地研究了 Al-Mn 合金固化过程中 Peritectic 结构的核生长动力学。我们收集了约 30 TB 的 4D 数据集，使我们能够阐明各相的 co-growth 动力学及其空间、晶体学和组分关系。原始 Al4Mn 六方棱柱核生长并具有高度动力学各异性——在轴向速度上快于径向速度约 70 倍。在所有情况下，都形成一个约 5 微米的 Mn 富集扩散层，位于液相-固相界面上，形成锐利的局部溶质梯度，从而支配后续相变。Peritectic Al6Mn 相在该扩散区内进行等轴核生长，最初形成包围 Al4Mn 的薄壳，具有 {10-10}HCP // {110}O, [0001]HCP // [001]O 的取向关系。这种约 5 微米的 Mn 富集扩散层也导致液相-固相界面液侧的溶质耗竭，限制了等轴相的进一步生长，但促使晶边处的相再核生长和分支，形成四方棱柱结构，这些结构不再遵循初始取向关系。此外，各异性扩散也导致了两种相中心形成核心缺陷。进一步地，将冷却速率从 0.17 提高到 20 {\deg}C/s 可以扰乱溶质扩散区的稳定性，有效抑制核心缺陷的形成，并迫使从棱柱形态向非棱柱形态的转变。我们的工作建立了一个新的理论框架，用于如何通过固化过程来调节和控制金属合金的 Peritectic 结构。
引用
@article{arxiv.2512.23501,
title = {Operando study of the evolution of peritectic structures in metal solidification by quasi-simultaneous synchrotron X-ray diffraction and tomography},
author = {Kang Xiang and Yueyuan Wang and Shi Huang and Hongyuan Song and Alberto Leonardi and Peter Garland and Sharif Ahmed and Michał M. Kłosowski and Hongmei Yang and Mengnie Li and Jiawei Mi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.23501},
year = {2026}
}
备注
37 pages, 10 figurs, 1 supplementary material