一种促进非晶晶界相形成的计算合金设计框架

非晶晶界相已被证明是具有耐辐照特性的界面，同时还能减轻晶界脆化，因此被视为有利的微观结构特征。然而，将这些特征融入新型合金体系的过程通常缓慢而艰巨，主要依赖试错法。本文提出了一种计算合金设计框架，能够筛选出促进非晶晶界相形成的掺杂元素。该框架主要基于密度泛函理论计算，并以富钨二元及三元合金为例进行演示，这些合金是聚变能源材料的一个有前景的目标。我们的框架首先评估掺杂元素的晶界偏析倾向，然后评估非晶化的能量代价，并结合目标界面能比较，最终目标是确定最佳掺杂元素。对于钨基体，发现钇以及某些过渡金属（如钴和镍）能显著降低这些能量壁垒。通过电子结构分析、局域晶格畸变和电荷密度分布计算，为这些掺杂元素的选择提供了机理解释。最后，通过与钨合金及一种难熔复杂浓缩合金的实验文献对比，验证了该框架的有效性，结果显示我们筛选的掺杂元素与归因于活化烧结的低烧结起始温度之间存在很强的相关性。总体而言，这项工作建立了一个可迁移的流程，用于在不同合金体系中设计具有晶界相的材料。