Al {\Sigma}5(210) 亚稳晶界中溶质原子偏聚的第一性原理研究
材料科学
2023-05-29 v1
摘要
溶质原子的晶界（GB）偏聚在材料的微观结构与宏观力学性能中起着重要作用。利用计算模拟研究溶质原子的 GB 偏聚已成为近年来的热点之一。然而，大多数研究主要关注能量最低的基态 GB 结构，而更高能量的 GB 亚稳性对溶质偏聚的影响仍知之甚少。本工作中，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究溶质原子 Mg 和 Cu 在 Al 中基态 {\Sigma}5(210) GB（GB-I）与亚稳 GB（GB-II、GB-III）偏聚的影响。计算了三种 GB 上 Mg 和 Cu 偏聚的 GB 能量、偏聚能量与理论拉伸强度。结果表明，Mg 和 Cu 均有较大驱动力偏聚到 Al 的 GB，降低了 GB 能量并提高了 GB 稳定性。Mg 和 Cu 在 GB-III 上的偏聚诱导了 GB 结构单元的转变与 GB 结构相变。对上述三种 GB，Cu 偏聚在不同程度上提高了 GB 的理论拉伸强度。Mg 的偏聚会降低 GB-I 和 GB-II 的抵抗力，但增强 GB-III 的强度。通过电荷密度分布与态密度考察了溶质原子偏聚对 GB 力学性能的影响。
引用
@article{arxiv.2305.16736,
title = {First-principles study of solute atoms segregation in Al {\Sigma}5(210) metastable grain boundaries},
author = {Zhihui Zhang and Liang Zhang and Xuan Zhang and Xiaoxu Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.16736},
year = {2023}
}