[发明专利]一种温度梯度调控层状高温合金微观组织的相场模拟方法

权利要求书

1.一种温度梯度调控层状高温合金微观组织的相场模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用亚点阵模型以及高温合金的热力学参数对其进行热力学描述；

步骤二：根据步骤一的热力学描述，求出合金在温度梯度下各元素的净扩散通量；

步骤三：结合合金的自由能以及扩散通量，建立动力学相场演变方程；

步骤四：设置合适的合金参数、温度梯度、模拟系统的计算参量，求解动力学方程，根据求解数据绘制组织形貌图以及成分演化图，分析得到合金在温度梯度下的组织以及成分演化规律；

步骤二中各元素的净扩散通量为：

其中J_j为各个元素的本征通量，具体公式为：

其中M_i为元素i的本征迁移率，且M_i＝c_iβ_i，β_i表示元素i的原子迁移率；▽μ_i为元素i的化学势梯度，为元素i的“热迁移”；

步骤三中成分演变的动力学方程与净扩散通量的关系具体为：

其中t为模拟时间，为哈密尔顿算子；在合金中，除了成分的演变，还有结构转变，结构转变由Ginzburg-Landau方程求解获得；最后利用半隐式傅里叶谱算法求解动力学演变方程，得到成分和序参数的与时间和空间位置相关的数值。

2.根据权利要求1所述的温度梯度调控层状高温合金微观组织的相场模拟方法，其特征在于，步骤一中，高温合金的热力学描述包括：体化学自由能、弹性应变能、梯度能，具体公式如下：

其中F为系统总的自由能，f为合金的体自由能密度，V_m为合金的摩尔体积，i代表合金元素，c_i为元素i的原子分数，为元素i的序参数，к为梯度能系数，E_el为弹性能。

3.根据权利要求1所述的温度梯度调控层状高温合金微观组织的相场模拟方法，其特征在于，在步骤一中，将相场法与亚点阵模型结合用来描述合金的化学自由能。