合金凝固时的能量、质量和动量传输对合金最终的组织形貌和性能有着重要的影响，这是个非常复杂的过程，伴随着诸多非线性现象和行为。而合金凝固时电磁场的应用可加速合金熔体流动，强化合金凝固时的能量、质量和动量传输，使该过程变得更加复杂，呈现出更多非线性行为与现象。对电磁场作用下合金凝固过程的认知还需要在传统金属凝固理论基础上，从非线性科学理论角度剖析该过程。

合金半固态加工是新兴的高性能精确成形制造范畴的技术，具有高效节能的特点，也是应用电磁场技术的重要领域。目前从半固态合金制备技术的研究和应用来看，大部分工艺过程都需要在合金的固液两相区间实施外场扰动，实现调控合金的凝固过程。外场扰动(如电磁或机械搅拌等)可改变合金凝固进程，均匀温度场、溶质场，使正在生长的枝晶破碎向球状晶转变。但是，过程中半固态合金熔体在电磁场的作用下如何流动、呈现何种规律，尚未存在定论。因此，有必要就电磁场作用下合金熔体的流动特性与凝固过程规律以及非线性行为等开展必要研究和探索，揭示其中隐含的规律及工艺信息。

2022年第42卷第04期《特种铸造及有色合金》期刊上，江西理工大学刘政教授发表了题为《电磁场诱发的半固态合金熔体混沌对流及其对凝固组织的影响》的文章，文章就近年来应用电磁场技术制备半固态合金过程中所涉及熔体流动的非线性行为与理论应用进行归纳总结。

文章脉络

电磁场作用下合金凝固过程中的流动行为

熔体流动时的混沌现象及其工程应用

固态合金熔体流动的混沌特性

计算机模拟技术解析半固态合金熔体流动混沌现象的应用

混沌对流在半固态铝合金制备中的应用

引用格式

刘政.电磁场诱发的半固态合金熔体混沌对流及其对凝固组织的影响[J]. 特种铸造及有色合金,2022, 42(4):397-403.

LlU Z.Chaotic advection in semi-solid aloy melt induced by electromagnetic field and its effects on solidified microstructure[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys，2022，42(4):397-403.

● 电磁场作用下合金凝固过程中的流动行为

TRIVEDI R等研究了不同凝固速率和温度梯度情况下，Al-Cu合金试样定向凝固过程中的液相流动对平界面、胞状晶和树枝晶生长的影响，发现液相流动可以抑制平界面向胞状晶的转变，同时也增大了胞枝晶转变的临界速度。SHIN Y等在CA模型中考虑到强制对流对枝晶形貌的影响，模拟结果出现了迎流生长的现象。旋转磁场能够消除Sn-Bi合金的宏观偏析、碎断枝晶和细化凝固组织，加快了熔体流动和固-液界面溶质的扩散速度，随着磁场旋转频率的增大，合金的生长形态经历了从枝晶→等轴晶→球状晶→枝晶的转变；旋转磁场还加快了熔体流动，促进了熔体中溶质场和温度场在分布上趋于均匀化。HIDEYUKI Y等研究了交替静磁场作用下熔体流动对中碳钢凝固组织的影响。对于低过冷区的凝固，随着静磁场强度的增加，熔体流动逐渐减弱，随着熔体流动速度减小，凝固组织中等轴晶组织的数量也减少。在电磁场引起的强制对流作用下，凝固前沿的压力差驱使溶质在糊状区域流动，当溶质在偏析通道富集到足够高时，可使溶质浓度达到共晶成分。METAN V等通过对Al-Si合金熔体施加向上和向下的行进场对在凝固过程中的熔体进行强制对流，导致了初生相组织的细化、球化，进而提升了合金的力学和物理性能。利用低频率电磁搅拌制备半固态A356-Y合金浆料可获得初生相的等积圆直径和形状因子，其数值分别达到65 mm以下和0.80以上，稀土Y在电磁场引起的熔体强制对流驱动下，其分布沿着铸锭的半径趋于边缘富集，而且随着电流频率增大，稀土Y在铸锭边缘富集程度增大。弱熔体对流对定向凝固组织生长有显著作用，平均界面过冷度与熔体流动强度有关，当生长速度一定时，随着流动强度增大，平均界面过冷度减小。在旋转电磁搅拌条件下镁合金熔体在水平方向上围绕结晶器中心做旋转运动，随着磁感应强度从0增大到100 Gs，水平方向流速从0增大到6 mm/s，熔体凝固速度加快，结晶器内液相穴深度从20.2 cm减小到10.6 cm，结晶器中心到边部温度梯度减小。电磁搅拌条件下，镁合金凝固组织中等轴晶比率增大，当电磁感应强度增大到40 Gs时，晶粒平均尺寸由未搅拌时的366 μm变为110 μm。宋小鹏等利用数值模拟方法建立了薄板坯二冷区的电磁场，流场和温度场模型，发现电磁场可改变钢液流动状态且其分布不均匀，单侧搅拌器产生的电磁场在其研究范围内分布较为均匀。赵军超等运用有限元分析软件ANSYS分析了椭圆坩埚中半固态合金熔体的流场分布规律，研究表明合金熔体在椭圆坩埚x轴和y轴上的流速是不一样的，电磁力和电磁频率皆会对熔体流速造成影响且前者大于后者，当电磁频率为30 Hz和电流强度为5 A时，此条件下获得合金凝固组织最好。

● 熔体流动时的混沌现象及其工程应用

混沌现象起源于20世纪60年代初，LORENZ E N研究大气层对流现象时，提出了大气对流的混沌现象为一种“非确定性周期流动”，认为初始条件细微的改变将导致结果巨大的改变，如果系统是稳定的，其最后的结果是可知的。1984年，AREF H提出了“混沌场”(chaotic advection)的概念，利用“blinking vortex”模型研讨了不可压缩的理想流体在二维间隙混合器混沌触发的过程，搅拌方式不同可导致流体运动状态不同，达到混沌对流的标志，使得搅拌变得更加高效。此后，大量研究内容主要集中于高粘度流体间隙混沌过程，使得混沌理论得到快速推广与发展，还促进混沌理论在各个学科中的应用。20世纪90年代以来，混沌理论很快就在化工、高分子材料制备等行业中得到应用，常用于溶质混合、强化传热等过程。近年来的研究表明，扩散特性趋近于湍流的流动状态，也称之为混沌对流。MOKRANI A等研究了低雷诺数下混沌对流对传热的影响，产生这种混沌对流的主要机制是产生空间混沌轨迹。混沌式换热器的传热效率高于螺旋式换热器，效率提高了13%～27%，混沌对流在很大程度上均匀化并增强了加热。王玫瑰等对高分子材料加工动力学过程进行分析，根据流体力学技术，得出了混合强化螺杆挤出过程的研究结果。徐百平等通过插入一种强化混合的副螺棱结构，发现系统存在混沌混合区和隔离区两种区域，借助Fluent求解其速度场发现副螺棱周期越小，扰动强度越大，混合效果越好。刘作华等提出混沌混合是提高高粘度流体混合效率的有效方法，究表明柔性桨与自浮颗粒协同强化高粘度流体混沌混合的效果最好。

研究表明，混沌对流应具备以下之一的特征：流体轨迹线或轨迹面被剧烈弯曲或折叠、流体对初始状态条件敏感、在有些区域内流体间的弯曲程度成指数增长，这种特性是混沌对流可以强化混合、传热与传质的主要原因。混沌改变了流域内速度场的分布, 流场的变化直接对温度场的分布造成影响。混沌对流对初始条件敏感，初始条件的轻微改变会对系统最后的结果造成重大的影响。流体流动的轨迹或形成的轨迹面自发的存在一个奇异吸引子，使得混沌对流运动轨迹表现出一种高级有序的行为。

混沌理论是一门新型学科，由耗散系统产生，可以由确定的方程描述。混沌现象是把表观的无序性与内在的规律性巧妙地融合为一体。混沌具有两个显著特征，即运动对初始条件的敏感依赖性和表现出一定的规律性，见图1和图2。在原来空间中的两个点，与经混沌混合后到达最终点之间的关系根本无法预测。开始相邻较近的点经过了无数次拉伸与折叠后，可能被驱赶到任意远处，而后来碰巧靠得很近的点可能是由开始相距任意远的点运动得到。利用流体在混沌状态下流动时流体流线经过反复拉伸与折叠，使流体运动流线呈现出特殊形貌这一现象而开始在粘性物体与流体的加工理论和方法中获得了应用。

图1 Lorenz系统吸引子图

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图2 Rössler系统吸引子图

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混沌对流是流体流动过程中存在的一种现象，其规律和特点需要进一步认知，其作用与优势已经在技术研究和工程实践中得到了应用。它可以增强粘性流体在层流状态下的溶质扩散、迁移、混合等，对于节能降耗、保证质量具有积极的作用。将混沌对流的原理和方法应用到半固态合金的研究和制备过程中，可为半固态合金的研制带来新思路、新方法、新技术，并丰富合金凝固理论。

●固态合金熔体流动的混沌特性

合金凝固行为的复杂性在于凝固系统性质的复杂性，有学者曾将凝固系统的复杂性归纳为非线性、随机性、混沌性和分形性，后来通过具体的凝固行为和现象对动力性、非线性、随机性和分形性进行了充分的论述，对混沌性尚未作定性的探讨。为了深刻认识凝固系统的复杂性质，旨在对凝固系统的混沌性质进行定量研究，可在试验研究的基础上提取凝固组织形貌和凝固工艺参数特征，运用功率谱、分形维数和Lyapunov指数等方法联合验证凝固过程中熔体流动具有混沌行为的基本特征，由此证明凝固系统的混沌性质。

揭示凝固系统的混沌性质，不仅可以加深对凝固系统复杂性的认识，而且有助于对金属与合金凝固问题的量化研究。在混沌理论中，混沌运动的稳定轨迹是混沌吸引子，在混沌吸引子上的混沌行为是一种高级有序行为。凝固时，合金熔体进入固液共存状态的凝固行为是一种在混沌吸引子上的混沌凝固行为。基于混沌行为对初始条件的敏感依赖性，可以进行合金系统的半固态凝固过程设计，使合金系统尽快进入固液两相共存状态，并在外场的作用下改变组织的凝固进程、赋予凝固组织应具有的形貌与尺寸，以实现高效和节能的半固态合金制备技术的设计思想。因此，探明和揭示电磁场作用下半固态合金凝固系统的混沌特性，对半固态合金凝固系统的主动设计和凝固过程控制具有积极的意义。同时也对非平衡凝固理论的应用和发展具有促进作用。

刘政等应用Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹，计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数，证明了施加适当的电流频率能在合金熔体中产生混沌运动；电磁频率为5Hz~30Hz时，铝合金熔体中都发生了混沌对流，其最大Lyapunov指数都大于零，且其Kolmogorov熵随着频率增大而迅速增加。电磁场作用下的合金凝固是一个非平衡过程，具备了形成耗散结构的一切条件，而电磁场作用下发生的合金凝固过程不可避免地要和周边环境产生物质、能量等的交换，凝固的热力学、动力学条件与凝固组织的数量、尺寸、分布以及产生的细化效应等亦要随凝固进程，特别是电磁场的实施而变化。对于这样一个耗散结构系统，单纯应用传统的凝固理论还不能够较好地认知电磁场作用下合金熔体的流动规律以及对合金的凝固进程及其组织变化的影响和效果，还需要引入新的科学理论来开展研究。尤其是电磁场作用下半固态合金熔体中混沌对流的形成及调控、半固态合金熔体混沌对流特征的提取与表征、半固态合金初生相在混沌对流中的凝固形貌演化规律等，还需要做进一步的探究。

● 计算机模拟技术解析半固态合金熔体流动混沌现象的应用

半固态合金熔体中的流动行为以及对凝固组织的影响发生在高温下，不易观察更难测试，对研究熔体流动规律、揭示熔体混沌特性等带来不便。这些年随着计算机科学技术的发展，尤其是各种应用软件的成熟和商业化，为数值模拟技术在探明电磁场作用下半固态合金熔体流动特性与规律的研究和应用中奠定了良好基础。

郭大勇等使用CFD软件Fluent建立电磁场凝固过程合金熔体动量传递及传质耦合数学模型，通过熔体的流动速度以及枝晶受力状态，枝晶在流动的熔体下能产生很大的速度变化，枝晶在不断的流动冲刷下能断落，从而促进晶体由柱状晶向等轴晶转变。王永庆等基于采用周期性计算模型得到的混沌流道内的流体流动与传热数值结果，应用场协同原理，对混沌混合内强化传热进行分析，表明混沌流道改变了流体的速度场分布。LI D等在元胞自动机模型中考虑强制对流，模拟了Fe-C合金在过冷条件下单个枝晶的生长过程，表明枝晶迎流侧生长快。GAO D R等采用CFD模拟计算了偏心搅拌能诱发混沌流动且能破坏系统周期与对称性。

利用计算流体动力学软件Fluent，采用MHD模块和标准k-ε湍流模型，对电磁场中铝熔液进行三维数值模拟，通过调节磁场中不同频率下的熔液内部流场，可得到电磁场中铝熔液的温度场分布图；同时选取熔体细化剂微粒进行示踪，得到微粒运动轨迹，基于Fluent对于电磁场中铝熔液的模拟仿真是可行的，为以后研究电磁场中混沌对流奠定基础。

对于电磁场作用在铝合金熔体中引起的流动特性，应用CFD-Fluent流体力学软件模拟电磁场中铝熔液微粒运动轨迹，通过Matlab分析计算运动轨迹的Lyapunov指数以及Kolmogorov熵值，并对其变化规律进行混沌判断描述及分析，发现在一定频率电磁场的扰动下，铝合金熔体中可以产生混沌流动。电磁场导致熔体的混沌对流，使其初生相发生相对运动，随着电磁搅拌频率增大，相对运动速度增大，熔体快速的流动对枝晶臂的熔断及冲刷从而使晶粒细化。

为探明铝合金熔体在电磁场作用下的流动特征，利用 Fluent 软件模拟电磁场作用下铝熔体中微粒的流动轨迹，计算这些流动轨迹的混沌特征参数：最大 Lyapunov 指数及 Kolmogorov 熵。根据不同电磁频率搅拌下铝合金熔体中微粒的运动轨迹，对其进行混沌特征判断及分析。图3为模拟微粒在不同频率相同运动时间下对应的混沌特征参数变化趋势图。可以看出，铝合金熔体在电磁场作用下的流动具有混沌特征；电磁频率为 5、15 和 30 Hz 时，在铝合金熔体中都发生了混沌对流，其最大 Lyapunov 指数都大于0，且其 Kolmogorov 熵随着电磁频率增大而迅速增加，说明其系统内混沌程度越大，信息损失量也越大。

(a) 最大Lyapunov指数 (b) 微粒轨迹的K熵值

图3 模拟微粒A，B和C在不同频率相同运动时间下混沌特征参数变化趋势图

为了表征半固态A356铝合金熔体中混沌对流及其电磁场诱发的混沌对流对半固态A356铝合金熔体中初生相形貌演变的影响，应用Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹，计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数，证明了施加适当的电流频率能在合金熔体中产生混沌运动。模拟研究以电磁搅拌频率与时间作为变量(包括无电磁搅拌)，频率分别设置为5, 10, 20, 30和40 Hz，搅拌时间15 s。选取近邻的2个微粒坐标做出微粒轨迹以计算系统混沌特征，见图4。可以看出，熔体内微粒在凝固系统中受施加的电磁场作用而发生不规则的三维流动。当不施加电磁场时，2个微粒的运动轨迹较有规律，呈层流运动，见图4a；施加电磁场之后，熔体微粒做复杂的湍流运动，且随着电磁频率的增大，意味着电磁场对合金熔体的扰动加剧，熔体流速加快，湍动越明显，其中的微粒运动轨迹越复杂多变，见图4b～图4f。

(a)0Hz, (b)5Hz, (c)10Hz, (d)20Hz, (e)30Hz, (f)40Hz

图4 微粒在不同频率下的运动轨迹

运用最大似然算法进行Matlab编程，根据图4的微粒运动轨迹，计算得出不施加电磁场和施加不同频率5, 10, 20, 30和40 Hz 搅拌 15 s的Kolmogrov熵Sk，分别为2.195, 4 126.4, 6 609.3, 6 829.5和7 302.8 nat/s。图5为Sk和分形维数的变化趋势图。可以看出，在相同搅拌时间15 s下，Sk和分形维数都随频率的增加而增加。Sk是表征混沌系统的一个特征量，当Sk>0时，则说明此凝固系统发生混沌运动。分形维数是另一个重要判断系统混沌的特征量，从熔体内微粒运动轨迹的分形维数就可判断其混沌程度。从分形维数结果中可以清楚地看出，熔体微粒的运动轨迹的维数都为分数维，可见其凝固系统发生混沌运动。此外，还可以看出，随着频率增加，相同搅拌时间内的微粒运动轨迹的分形维数也随着增加，但增加到一定频率，Sk与分形维数不再大幅度的上升，由于电磁搅拌功率有限，产生的Lorentz力趋近于最大值，使每个熔体微粒在电磁场中所受的Lorentz力切向分力与径向分力受限，故使增长速率减小。

图5 不同频率下凝固系统的 (a) Kolmogorov熵和 (b) 分形维数变化趋势图

●混沌对流在半固态铝合金制备中的应用

半固态合金在凝固时受到电磁场和其他外场(如机械搅拌、超声波搅拌等)扰动，必定会在合金熔体中引起流动。已有研究表明，在电磁搅拌过程中，电磁频率仅为5 Hz时，在半固态铝合金熔体即可产生混沌流动。这也意味着在较低的电磁频率搅拌时或者低能量扰动下，半固态合金熔体中皆有混沌对流。因此，半固态合金熔体在外场作用下极易产生混沌流动。这需要在应用电磁场等外场制备半固态合金时充分地发挥混沌流动积极、有利的一面，保证和提高半固态合金制品品质。

前期的研究表明，半固态 A356 铝合金初生相形貌具有分形结构，而分形结构产生的物理机制在于系统的耗散性。耗散结构具有自组织特性，即当外界控制参数发生变化时，系统会自发地调整与外界环境物质、能量的交换方式及速率来改变其生长形态。另外，不同电磁搅拌频率都将引起合金熔体中产生混沌流动，导致整体熔体中温度场的温度降低，也意味着冷却速率增加，初生相与周围环境的传热、传质速率和强度的增加，最终引起半固态初生相的形貌演化。

电磁搅拌作用下，搅拌坩埚中半固态铝合金熔体受到电磁力作用而产生水平和竖直方向上的流动，且各个方向上的流速大小不一，熔体产生的运动不是单一的水平旋转运动，而是方向不定的混沌流动。在实验研究范围内，半固态A356铝合金在搅拌频率30 Hz、搅拌电流4 A、搅拌时间12 s时，得到的初生相最细小、圆整，平均等积圆直径为80.6 μm，形状因子为0.78。随着电磁频率和励磁电流的增大，熔体流速总体逐渐增大，在电磁搅拌参数为4 A、25 Hz时，x、y、z轴流速最大，分别为67.79、60和40.3 mm/s，并非流速越大得到的初生相越好，4 A、30 Hz时初生相最细小、圆整，此时最大流速分别为69.27、58.84和39.77 mm/s。

半固态A356-Yb合金于620 ℃浇注后经频率为30 Hz电磁搅拌15s，并在590 ℃保温10 min，能获得较细小圆整的初生相组织，此时，平均等积圆直径为62.3 μm，平均形状因子为0.78。在试验研究范围内(电磁频率)，其晶粒最圆整细小。

在数值模拟的基础上，结合试验研究，对不同电流频率及工艺参数的实验结果进行对比。图6为A356铝合金初生相的平均等积圆直径和平均形状因子随电磁频率增加的变化。可以看出，电磁频率为30 Hz时，平均等积圆直径最小，平均形状因子最大。结果表明，A356铝合金熔体在650 ℃浇注，电流频率为30 Hz的电磁场中搅拌15 s，并在590 ℃保温10 min，此时凝固系统的Kolmogorov熵为6829.5 nat/s，分形维数为2.243 9，初生相的平均等积圆直径为59.86 μm，平均形状因子为0.71，此时晶粒最圆整细小，组织形貌最佳。

图6 不同电磁搅拌频率下初生相的平均等积圆直径和平均形状因子

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此外，还研究了不同半固态铝合金-稀土熔体混沌对流的表征及在不同电磁搅拌频率和时间下诱发的混沌对流对加入相同量La及Yb的半固态A356铝合金初生相形貌演化的影响。用Fluent流体力学软件模拟电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹，计算流动轨迹的混沌特征量Kolmogorov熵，发现只要适当施加电磁场，Kolmogorov熵值随电磁搅拌频率及时间的增大而增加。结合试验，添加两种等量不同稀土对A356铝合金初生相形貌影响，并施加不同搅拌频率及时间的试验参数后，两者都在搅拌频率30 Hz、搅拌时间15 s时，初生相形貌最理想，晶粒细小圆整且Kolmogorov熵值达到最大。研究结果还表明A356-Yb铝合金的初生相形貌优于A356-La铝合金初生相形貌，其原因与Al和La、Yb在高温下相互作用的产物AlxREy的结构有关。通过此项工作的模拟和试验，混沌看似无规则但其中暗含着规律，加入的稀土和施加的磁场频率及时间都互相影响混沌对流下的合金初生相形貌。

采用自行设计的电磁调控装置对结晶器内的A356铝合金熔体施加双向电磁搅拌处理，可获得凝固组织为球状或类球状初生固相颗粒的半固态浆料，分析了磁场频率、电磁搅拌方式(单向连续电磁搅拌、双向连续电磁搅拌、双向间歇电磁搅拌)对初生相形貌演化的影响。结果表明，随着磁场频率的增加，初生固相生长形态由树枝状、长条状、粗颗粒状转变为球状；晶粒尺寸先减小后增大；磁场频率存在最佳值30 Hz。此时，初生相平均等积圆直径为38.2 μm，形状因子为0.75。此外，双向连续电磁搅拌作用于熔体形成强烈的紊流和惯性冲击，加快凝固体系的质量传输、热量传递，合金凝固组织相较于单向连续电磁搅拌、双向间歇电磁搅拌更加细小圆整。双向连续电磁搅拌使熔体的流动方式以紊流为主，层流基本消失。结晶器内的熔体处于混沌态，这种因电磁搅拌引起的熔体混沌流动对溶质扩散和半固态初生相的细化有重要影响。当合金熔体流动呈混沌状态时，增强了流体宏观运动携带热量的能力以及强化了流体间的传热。

研究了分级电磁搅拌下半固态A356合金熔体中电磁场分布规律及电磁场对合金熔体中初生相形貌演变的影响。结果表明，磁场强度和电磁力由合金熔体中部依次向外递增且呈现中间小边缘大的现象，变更电流强度比电磁频率可更好调控初生相的形貌。另外，对不同搅拌工艺和参数进行对比，结果表明，应用分级电磁搅拌制备半固态A356合金浆料是可行的且分级搅拌诱发了合金熔体凝固系统的混沌对流，A356铝合金熔体于630 ℃浇注，并在分级电磁搅拌频率为30 Hz条件下搅拌5 s，20 Hz条件下搅拌10 s，电流强度为5 A，并在590 ℃保温15 min，此制备工艺下获得的晶粒最圆整细小，组织形貌最佳。在合适的工艺参数下获得了较为细小的初生相组织，其平均形状因子为0.73，平均等积圆直径为84 μm。从细化机理来看，分级电磁搅拌促进了熔体流动，同时诱发了混沌对流，使合金中溶质扩散加快且更加均匀分布。

另外，还研究了搅拌电流突变行为以及不同电磁频率下电流突变对磁感应强度、电磁力和半固态A356合金熔体初生相的影响。结果表明，在电磁频率(25 Hz)和突变电流(2～6A)的情况下，初生相达到最佳，其形状因子和平均等积圆直径分别为0.71、118 µm。经过第一段时间5 s、电流强度2 A的搅拌，坩埚中的半固态铝合金熔体已处于低流速的混沌状态下，随着搅拌电流的突变，熔体中的电磁力与磁感应强度也随之发生突变，实现了在第一段搅拌的基础上的二次搅拌，即对熔体中的晶体产生了二次破碎效应。

● 结语

将电磁场应用于半固态合金的制备中不仅改善了合金制品品质、提高了生产效率，也促进了半固态合金技术的快速发展。可以说电磁场技术的应用对半固态合金加工的发展功不可没。但是，电磁场的应用在合金熔体中产生的熔体流动不仅加剧了半固态合金凝固的非平衡特性，同时，也使得半固态合金熔体的流动呈现混沌现象和行为，这对认知电磁场作用下半固态合金的凝固规律和阐明其机理带来了新的挑战。虽然，已初步进行了半固态合金熔体流动时混沌特性的探索，但是，电磁场诱发的混沌对流对合金凝固时温度场、浓度场和流场的作用及其对合金熔体中溶质扩散、聚集与分布、合金凝固组织形貌和性能的影响，还需要做大量的工作，且有一定难度。为此，宜在传统金属凝固理论的基础上，坚持探索和应用新的研究理论和方法，指导电磁场作用下半固态合金熔体流动特性和非线性规律的研究，这对深入地阐明电磁场对半固态合金熔体流动的影响、半固态合金凝固组织形成的实质及规律、乃至于开发新的半固态加工技术等具有积极意义。