Sc 及 Al-Sc 合金相互作用势能的开发与验证：热力学、固化与间金属性序
材料科学
2025-12-11 v3
摘要
我们提出了一种针对�锆(Sc)和铝-�锆(Al--Sc)合金的第二近邻修正嵌入原子法(2NN--MEAM)势能，该势能在单一可迁移框架中统一了粘合、热力学和固化行为。Sc 成分准确再现粘合能、晶格常数、缺陷能量以及从两相共存中获得的实验熔点，证明可靠地描述hcp 与液相。Al--Sc 二元相互作用参数基于 L1--AlSc 参考拟合，并与第一性原理和卡尔曼数据基准测试。该势能再现 AlSc 形成焓强烈负值(--0.45~eV~atom)，正确表征竞争相位的相对稳定性，并具有真实的弹性性能。液态合金的混合焓与理想-关联溶液和 CALPHAD 模型一致，确认该势能捕捉了 Al--Sc 在熔体中的外反应。分子动力学模拟的固化行为揭示了温度和成分对均匀核生长的依赖。纯 Al 易于结晶，而 Al--1~at.\%~Sc 在相同绝对温度下表现出更长的滞后时间和较慢的生长速率，这是由于减小的超冷却和溶质拖曳造成的。在合金中，AlSc 型 L1 序嵌件会自发出现，Sc 原子占据立方角(B)位点，周围有 12 个 Al 邻居。能量-体积轨迹证明该势能将热力学与微观结构演化相联系。总体而言，开发的 2NN--MEAM 潜势为 Sc 和 Al--Sc 系统的熔点、固化及间金属性序建模提供了定量依据，为未来的多成分合金设计和大规模核生长研究提供了可能性。
引用
@article{arxiv.2510.15170,
title = {Development and Validation of Interatomic Potential for Sc and Al-Sc Alloys: Thermodynamics, Solidification, and Intermetallic Ordering},
author = {Avik Mahata},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.15170},
year = {2025}
}