金属凝固过程中的枝晶形貌对所制备材料的宏观特性有着至关重要的影响,因此,金属凝固过程的控制方法一直是材料科学领域研究的重要内容。在金属的凝固过程中存在复杂的热量、质量的传输以及界面形态和界面能的相互作用,所以欲对凝固过程实现控制,需要同时控制较多的参数和复杂的边界条件。这使得采用实验手段来控制金属凝固过程变得较为困难。随着计算机技术的飞速发展,微观组织计算机模拟已成为研究金属凝固过程的最重要手段之一。上世纪八十年代以来,相场法以其简单明了的表征方法和对多种组织变化的适应性逐步成为材料科学领域研究微观组织生长的主要手段。相场法是以金兹堡-朗道理论为基础,引入相场序参量j,用j=1表示固相,j=0表示液相,中间值则表示界面。通过建立与温度场和溶质场相互耦合的微分方程组,有效地将微观模拟与实际宏观过程结合起来,从而更加真实地对金属材料的凝固过程进行计算机模拟。因此,本文采用相场法作为基本方法来研究二元合金的枝晶生长过程。本文首先对相场法的发展过程、相变理论及相场模拟方法做了简单的介绍,以熵增原理及热力学定律为基础,建立起了二元合金在凝固过程中的热力学一致性的相场模型,给出了引入各向异性后的相场、温度场以及溶质场相耦合的控制方程组。利用建立好的相场模型对Zn-Al二元合金的枝晶生长过程进行了模拟。采用控制变量法研究了各向异性强度系数、界面动力学系数、界面能以及温度梯度对枝晶生长过程中的形貌和生长速度的影响。通过分析模拟的结果,得出了下列结论:1)随着各向异性强度系数的增大,枝晶生长速度加快且更容易出现二次支臂。2)随着界面动力学系数的增大,枝晶生长速度随之加快。3)随着界面能的增大,枝晶生长速度随之加快。4)温度梯度对于枝晶形貌的影响主要体现在二次支臂上,而在温度梯度的方向上,枝晶生长明显加快,但是并没有规律可寻。