基于第一性原理研究溶质原子偏聚对铝晶界性能的影响
材料科学
2023-05-29 v1
摘要
采用第一性原理计算研究了 Mg、Cu 的偏聚行为及其对不同 Al 晶界（GBs）能量和力学性能的影响。选取了四种对称倾转晶界进行研究，即 {\Sigma}5[001](210) GB、{\Sigma}5[001](310) GB、{\Sigma}9[110](221) GB 和 {\Sigma}11[110](332) GB。结果表明，Mg 和 Cu 在晶界处均有偏聚倾向，且 Cu 的偏聚倾向强于 Mg。Mg 易于在晶界处形成置换偏聚，而 Cu 更可能在间隙位置偏聚。Mg 和 Cu 的偏聚均可降低晶界能，且晶界能随偏聚浓度增加而持续下降。第一性原理计算拉伸测试显示，Mg 的偏聚对晶界强度有负面影响，晶界强度随 Mg 浓度增加而下降，而晶界强度随 Cu 浓度增加逐渐增强。{\Sigma}5(210) GB 和 {\Sigma}9(221) GB 的强度的对溶质原子偏聚的敏感性高于另外两种晶界。通过计算原始和偏聚后晶界的电荷密度和态密度发现，Mg 的偏聚导致晶界处电荷耗尽和结构膨胀，而 Cu 的偏聚增加了晶界处的电荷密度并与周围 Al 原子形成新键。结果为利用晶界偏聚工程概念改善材料力学性能提供了有用信息。
关键词
引用
@article{arxiv.2305.16677,
title = {Effect of solute atoms segregation on Al grain boundary properties by First-principles study},
author = {Xuan Zhang and Liang Zhang and Zhihui Zhang and Xiaoxu Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.16677},
year = {2023}
}