树枝晶是一种最常见的固溶体型合金凝固组织。树枝晶的形态及微观尺度对合金材料的力学性能具有决定性影响，其形成过程一直是材料凝固研究领域的重要内容之一。由于树枝晶形态复杂，不可能用解析模型描述其整个形成过程。数值模拟可以耦合求解浓度场、温度场和枝晶生长动力学，模拟整个枝晶形态及生长过程。与其它数值模拟方法相比，元胞自动机模型具有较高的计算效率，已广泛应用于模拟树枝晶形成过程。然而，目前关于多元合金三维树枝晶生长的元胞自动机模型还很不完善。       

　　近年来，课题组建立了多元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型，考虑了合金元素之间相互作用对溶质扩散的影响以及熔体对流对枝晶生长的影响，研发了直接耦合合金热力学计算、溶质扩散系数计算和枝晶生长动力学过程计算的模拟方法。将元胞自动机模拟结果与已有分析模型预测结果和文献中的实验结果进行对比分析，证明了该模型可定量描述三元合金三维树枝晶生长过程。相关研究结果已经发表在Acta Materialia 60 (2012) 2249-2257, Journal of Crystal Growth 391 (2014) 52-58上。

图 Al-3 wt.%Cu-1 wt.%Mg合金等轴晶的生长过程中溶质扩散系数的分布情况。(a) DCuCu; (b) DCuMg; (c) DMgMg; (d) DMgCu

图 Al-3 wt.%Cu-1 wt.%Mg枝晶稳态生长时的枝晶尖端形态