DFT 与 MLIP 对晶体化 $\alpha$-Fe/Fe$_3$C 界面掺杂分离的研究

掺杂元素分离到界面显著影响材料行为。大多数理论工作聚焦于晶界和一致界面，半一致界面因结构复杂性而缺乏研究，此类工作通常超出密度泛函理论 (DFT) 的实际计算能力，或因化学复杂度受限于（经典）原子势。本文利用新型通用机器学习原子势 (uMLIP) 研究了掺杂元素分离到 pearlite 中一致界面与半一致 $\alpha$-Fe/Fe$_3$C 界面及其对机械性能的影响。DFT 计算得到的溶解焓、分离能以及一致界面 cohesive 变化，用于对比多种最新 uMLIP。我们发现，GRACE-2L-OAM 与 GRACE-2L-OMAT 模型最准确地再现量子力学预测结果。在所调查的 tramp 与 trace 元素中，Cu 对一致界面分离能最强，约为 -0.3 eV；而在半一致界面存在错位位错时，所有元素 (As、Cr、Cu、Mo、Ni、P、Sb、Sn) 的分离能显著变得更负，低于约 -1.5 eV。我们识别出最深的陷阱位于位错核心附近，尽管各掺杂物种的分离能空间分布差异显著。一致界面的 cohesive 被 Sb、Sn、P、As 显著降低，仅被 Cu 轻微降低，而 Ni 几乎无影响，Cr 与 Mo 稍微增强了 cohesive。相反，除 P 外的所有调查掺杂元素倾向于使半一致界面脆化，其中 Sn 与尤其 Sb 在沿垂直于界面方向的拉伸试验中影响最为显著。