輕元素在晶界的分佈及其對鋁素合金內凝聚力的影響
材料科学
2026-05-05 v1
摘要
輕元素通過晶界(GB)分佈現象對工程合金的宏觀性能發揮重要作用。然而，由於鋁中輕元素的ab initio數據稀缺且分散，難以從文獻中復現和提取普遍趨勢。本文對H、He、B、C、N、O、P、S在六個模型同位點格子(CSL)鋁晶界中進行了網絡化密度泛函理論(DFT)下的分佈能與凝聚效應的全面性評估。我們在離子位和取代位均採樣，評估了在量子化學鍵序和剛性Rice-Wang界面凝聚強度框架中的凝聚效應。計算結果顯示，與相同濃度比較，B和C可增強GB凝聚，N、P、H屬於輕度不利，He、O、S則是強大的脫粘劑/脆化劑。採樣離子位和取代位是準確捕獲分佈光譜的必要條件。常用的採樣標準，如位點體積，難以識別最深的GB結合位點。置於任一類型位點的溶劑可引起大量鬆弛，導致位點分類的歧義。溶劑鄰近距離在鬆弛後的鄰居距離被證明是決定位點分佈能下限的控制因素。提供的自由開放的DFT數據集和分析倉庫預計將促進對鋁中輕元素GB分佈行為的理解，並為開發機器學習原子 potentials 提供資源。
引用
@article{arxiv.2605.01181,
title = {Grain boundary segregation of light elements and their effects on cohesion in ferritic steels},
author = {Han Lin Mai and Xiang-Yuan Cui and Tilmann Hickel and Simon P. Ringer and Jörg Neugebauer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.01181},
year = {2026}
}