镁中低角度晶界处的溶质共偏聚机制：原子尺度实验与建模结合研究
材料科学
2025-04-01 v2
摘要
低角度晶界（LAGB）处的溶质偏聚严重影响镁（Mg）合金的微观结构和力学性能。在含多种置换元素的现代合金中，理解微观结构缺陷处的溶质-溶质相互作用对合金设计至关重要。本研究通过结合原子尺度实验与建模技术，探究了稀AZX010镁合金中低角度晶界处钙（Ca）、锌（Zn）和铝（Al）的共偏聚机制。三维原子探针 tomography（3D-APT）揭示了Ca、Zn和Al在低角度晶界处的显著偏聚，其中Ca沿低角度晶界特征的位错阵列形成线性偏聚模式。聚类分析显示边界处Ca-Ca对增多，表明协同溶质相互作用。原子模拟和弹性偶极计算表明，较大的Ca原子倾向于位错周围的拉伸区，而较小的Zn和Al原子偏好压缩区。这些模拟还发现，位错核附近的Ca-Ca共偏聚比其他溶质配对在能量上更有利，这解释了实验观察到的Ca聚类增强。结合计算偏聚能和溶质-溶质相互作用的热力学建模准确预测了低角度晶界处的溶质浓度，与实验数据一致。这些发现强调了镁合金中位错核处溶质相互作用的重要性，为通过定向合金化和晶界工程改善力学性能提供了见解。
引用
@article{arxiv.2310.11084,
title = {Solute Co-Segregation Mechanisms at Low-Angle Grain Boundaries in Magnesium: A Combined Atomic-Scale Experimental and Modeling Study},
author = {Risheng Pei and Joé Petrazoller and Achraf Atila and Simon Arnoldi and Lei Xiao and Xiaoqing Liu and Hexin Wang and Sandra Korte-Kerzel and Stéphane Berbenni and Thiebaud Richeton and Julien Guénolé and Zhuocheng Xie and Talal Al-Samman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.11084},
year = {2025}
}