α-铁中间隙与置换杂质原子的晶界偏聚
材料科学
2014-01-23 v2
摘要
多晶材料的宏观行为受到杂质和缺陷存在所引起的局部性质变化的影响。这些杂质在原子尺度上的效应既可能导致晶界脆化，也可能增强晶界强度。因此，理解与偏聚相关的能量学对于设计具有理想性能的材料至关重要。本文采用分子静力学模拟，分析了各种元素（He、H、C、P 和 V）在α-Fe 中四种<100>（Σ5 和 13 晶界）和六种<110>（Σ3、9 和 11 晶界）对称倾斜晶界的偏聚能量学。这一知识对于设计恶劣环境下的稳定界面非常重要。模拟结果表明，晶界区域内的局部原子排列及其产生的结构单元对杂质（间隙和置换）原子的结合能大小有显著影响。数据还表明，晶界内位点间的能量变化相当大。对比所有十个晶界的结合能发现，在所考察的晶界中，Σ3(112) 晶界对所有间隙和置换杂质原子的结合能都要小得多。此外，基于 Rice-Wang 模型，我们的总能量计算表明，V 对 Fe 晶界内聚力有显著的有益作用，而 P 对晶界内聚力有有害作用，但其作用远弱于 H 和 He。这对于极端环境损伤产生晶格缺陷且晶界作为间隙和置换杂质原子汇的应用场景具有重要意义。该方法为我们提供了一种有效识别局部及全局偏聚行为的工具，这些行为会影响晶界内聚力。
引用
@article{arxiv.1310.3413,
title = {Grain boundary segregation of interstitial and substitutional impurity atoms in alpha-iron},
author = {M. Rajagopalan and M. A. Tschopp and K. N. Solanki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.3413},
year = {2014}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1310.2643