近日，亿万先生MR核电关键资料全国沉点尝试室钟云波教授和任维丽教授领衔团队在镍基高温合金单晶叶片的定向凝固钻研中发现，枝晶阵列的演化行为对单晶的成长和缺点的形成起到决定性作用，并以三维矢量步骤成立了全新的解析模型，有关了局以“3D perspective on cavity-guided dendritic array evolution in single-crystal superalloys: A novel vectorized analytical model” （图1）为标题在金属资料领域权威期刊《Acta Materialia》（影响因子9.3）上颁发。亿万先生MR为第一单元，硕士生周浩宇和博士生张丛江为论文共同第一作者，任维丽教授、丁彪副教授、钟云波教授为共同通讯作者，论文合作者还蕴含亿万先生MR郑天祥教授、史传鑫、余洪斌、康宏达和杨煜锋博士生、沉庆大学张昂教授、田纳西大学资料科学与工程学院Peter K. Liaw教授。

图1. 文章首页

镍基单晶高温合金凭借其优异的高温力学机能和抗氧化侵蚀机能，成为航空航天和燃气轮主题热端部件涡轮叶片首选。定向分列枝晶阵列组成了叶片主体框架，很大水平上决定了其服役机能。随着航空发起机推沉比和热效能的不休发展，单晶叶片结构越来越复杂，一方面内部结构阐发为多层多通路多路的空心特点，另表一方面表部也出现出渐变和多处突变截面特点，在单晶叶片的定向凝固过程中，复杂的型腔结构既约束热场、辐射与熔体流动，使得枝晶阵列也出现复杂演变行为，同时也生长了幼角度晶界、杂晶、斑点等缺点形成。因而，枝晶阵列和型腔结构之间的关系构建已经成为成长高质量单晶叶片的关键科学问题，也是获得整齐分列枝晶必须突破的瓶颈。

在此布景下，钟云波教授和任维丽教授领衔的钻研团队见微知著，发现镍基单晶枝晶阵列在螺旋型腔内定向凝固成长时出现出怪异的分列法规：螺旋结构几何特点矢量和分列比例存在内禀一致性（图2），该法规普适性通过系统扭转合金成分与螺旋结构参数的屡次沉复尝试证实。同时创新性地从三维视角启程，将型腔结构、温度梯度、枝晶阵各位向矢量化，构建了三者的数学解析模型（图3），并被宏观尺杜仔限元仿照与微观尺度相场推算所验证（图4）。

图2. 枝晶阵列随型腔结构特点演变行为

图3. 型腔结构、温度梯度、枝晶阵各位向矢量解析模型

图4. 宏微观尺度仿照复杂型腔结构内枝晶成长

该成就不仅明确了枝晶阵列演变行为与叶片型腔的内禀关联机造，并且成立的模型也展示出以下沉要意思：1）可发展为表征枝晶阵列新步骤；2）关联了宏观温度梯度和枝晶位向及型腔结构，在宏微观仿照展示出沉要的桥梁，可实现真正意思上的宏微观仿照凝固过程；3）对成长高质量单晶叶片拥有沉要预测作用，以此预判幼角度晶界、杂晶等缺点，为最平生长出齐全、无缺点的单晶叶片提供沉要的理论领导。

本工作是亿万先生MR核电关键资料全国沉点尝试室钟云波教授和任维丽教授领衔团队在高温合金单晶成长钻研领域的系列突破之一，得到了国度天然科学基金面上52373319和结合沉点U23A20607项主张赞助。将来，团队还将在大尺寸单晶镍基高温合金叶片的缺点节造、单晶高温合金高温机能提升方面发展进一步的创新钻研。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.121921