从树枝晶生长机制到缺陷调控，蒋斌、张昂团队为镁合金高性能设计提供全新理论与技术路径！    

导语

在镁合金的定向凝固过程中，树枝晶的形态演化直接影响材料的力学性能和微观组织稳定性。然而，由于Mg合金易氧化、难观测，传统实验难以捕捉树枝晶在凝固过程中的动态演化。 针对这一难题，重庆大学蒋斌、张昂团队结合原位X射线放射成像与相场-拉格朗日数值模拟，系统揭示了Mg-Gd树枝晶在自然对流和强制对流作用下的枝杈生长规律、界面形貌变化及杂质干扰机制，为镁合金微观组织预测与优化提供了新的理论依据和设计策略。 

文章信息  DOI:https://doi.org/10.1016/j.tramat.2025.100115 

点击链接，获取文章全文： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050914925001177

文章亮点速览

亮点一｜原位X射线 + 相场模拟

首次将原位X射线实验与相场模拟结合，直观呈现Mg-Gd树枝晶的动态演化过程，实现实验与数值的无缝衔接，让树枝晶“生长过程”可视化。 

亮点二｜温度梯度、对流、杂质影响系统解析

揭示温度梯度决定枝杈生长驱动力，对流改变枝杈方向和二级枝间距，杂质扰动可导致枝尖分裂甚至形成海藻状结构，为微结构调控提供清晰参数。 

亮点三｜hcp结构树枝晶特性揭示

Mg-Gd的六方密排(hcp)结构使主枝间夹角为60°，与立方金属明显不同，枝杈生长模式和阵列形态存在显著差异，为理解Mg合金微观结构规律提供新视角。 

亮点四｜外加对流实现微结构调控

通过模拟不同方向和强度的强制对流，可调控优势枝与劣势枝的生长位置，改变枝杈长度比，实现树枝晶形态的定向控制，提供微观调控新思路。 

亮点五｜量化杂质扰动对枝尖分裂的影响

将杂质扰动建模为高斯噪声，发现噪声幅值与枝尖分裂频率呈幂律关系，为预测杂质或外界扰动对树枝晶的影响提供量化依据，助力合金微结构优化。 

文章核心图表

结语

蒋斌、张昂团队通过对Mg-Gd合金树枝晶的系统研究，揭示了温度梯度、对流与杂质扰动如何共同影响微观生长形态。这些发现不仅为镁合金微结构优化提供了理论依据，也为轻质高强金属的工程应用指明了方向。未来，借助对微观演化规律的深入理解，轻金属材料有望在航空、汽车等领域发挥更大潜力。 

作者介绍

蒋斌，重庆大学教授，我国镁合金材料领域的领军学者之一，长期推动轻金属新材料在汽车、航空航天等领域的工程化应用，具有广泛行业影响力；

张昂，重庆大学副教授，活跃于镁合金相变与缺陷调控研究前沿，多项成果服务国家重大项目，在金属材料多尺度研究领域形成显著学术影响。