合金凝固过程中溶质浓度对界面失稳的作用：来自自由能的视角

凝固组织由界面过程与热及溶质传输过程之间的相互作用决定。本文研究定向凝固中的平面失稳。首先，模拟了初始生长阶段的界面演化，表明平面失稳表现为由平面向胞晶的过渡。其次，为表征凝固的历史依赖性，模拟中采用恒定温度梯度 G 与变化的抽拉速度 VP。结果表明冷却速率 R（= G*VP）主导界面的整体推进速度，以维持局部热力学平衡。溶质偏析通过改变界面处的过剩自由能及相应的界面能来决定界面的稳定性。最后，对不同择优晶体取向的晶粒进行模拟，表明表面能及其各向异性不影响溶质扩散与平面生长。结果也验证了溶质偏析影响界面能并导致界面失稳的结论。另一方面，对于平面-胞晶转变，最小表面刚度准则比最大表面能准则更为适用。溶质浓度对过剩自由能与界面能的影响可推广至其他由界面失稳诱发的凝固模式，这将在未来研究中探讨。