脆性增材制造钨基耐热合金的计算设计
材料科学
2026-01-19 v1
摘要
钨具有卓越的温度和辐射抗性，使其适用于极端环境（如核聚变堆）中的应用。增材制造提供了几何设计自由和快速原型制造能力，但钨的固有脆性和低可打印性是需要克服的障碍。设计具有改进韧性的钨合金（从而提高增材制造的可打印性）可通过计算推导的性能预测器来加速筛选脆性合金。基于密度泛函理论（DFT）计算的 Pugh 比率可能 serves 此目的，已与韧性相关。通过使用机器学习原子势能来加速密度泛函理论计算，可使该过程更有效率。本文演示了机器学习原子势能能够在 W-Ta-Nb 系统中沿熔点-Pugh 比率 Pareto 前沿有效识别最优合金组成。Pugh 比率随钨分数变化的趋势是通过费米层附近的电子态密度来解释的。实验验证表明，计算得到的 Pugh 比率与增材制造合金中裂纹比例的观察结果呈现强相关性。值得注意的是，两个被预测 Pugh 比率最高的合金（W20Ta70Nb10 和 W30Ta60Nb10）在实验中均未观察到胶原纤维微裂纹。
引用
@article{arxiv.2601.11295,
title = {Computational Design of Ductile Additively Manufactured Tungsten-Based Refractory Alloys},
author = {Kareem Abdelmaqsoud and Daniel Sinclair and Venkata Satya Surya Amaranth Karra and S. Mohadeseh Taheri-Mousavi and Michael Widom and Bryan A. Webler and John R. Kitchin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.11295},
year = {2026}
}