铁素体铁晶界元素偏析与内聚的高通量从头算研究
材料科学
2025-03-19 v2
摘要
合金元素和杂质在晶界（GB）处的偏析通过影响内聚力而 critically 影响材料行为。在本研究中，我们使用密度泛函理论（DFT），对周期表中所有元素（Z：1 至 92，H 至 U）在六个模型铁素体铁晶界上的偏析能和内聚效应进行了从头算高通量评估。基于这些数据，我们构建了溶质偏析倾向和晶界内聚的综合元素图谱，为偏析工程提供指导。我们使用量子化学键序方法以及修正的 Rice-Wang 界面内聚理论，系统评估了不同元素在沿多条断裂路径的所有偏析位置上的内聚效应。结果表明，偏析元素对晶界内聚的影响随位置特征的不同而急剧变化，因此它们引起的内聚效应必须被视为在谱能量分布上的热力学平均。因此，忽略这些方面的模型可能无法准确预测变化的合金浓度、热处理条件或晶界类型的影响。这里提出的见解以及我们的配套数据集，有望增进我们对钢和其他材料中晶界偏析的理解。
引用
@article{arxiv.2503.05640,
title = {A high-throughput ab initio study of elemental segregation and cohesion at ferritic-iron grain boundaries},
author = {Han Lin Mai and Xiang-Yuan Cui and Tilmann Hickel and Jörg Neugebauer and Simon Ringer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.05640},
year = {2025}
}
备注
40 pages, 12 figures