Shear Melting and High Temperature Embrittlement: Theory and Application to Machining Titanium
我们表明，与稀土金属（REM）合金化可以显着提高一系列钛合金的可加工性，即使REM是不纳入合金基体。其机制是在切削下，形成剪切带，在剪切带内REM的纳米沉淀物被剪切混合。这降低了熔点，使得变形机制从位错机制变为局部非晶化和剪切软化。然后材料沿着薄的非晶剪切带断裂。在剪切带外，REM以沉淀物形式存在。新合金具有与传统材料相似的机械性能和生物相容性。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Direct nanoscale observation of melting and solute redistribution in a hypoeutectic Al-Cu alloy with $\it{in\ situ}$ STEM
Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）
利用原位STEM加热技术，纳米尺度观察亚共晶Al-Cu合金的熔化过程，发现晶界优先形成共晶液相，Al2Cu相先熔化，液态Cu长距离再分布导致富Al边缘和Cu富集。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Modeling of Contact Melting in Binary Alloys
基于相场论，对具有化学互溶间隙的二元合金接触熔化现象进行了计算机模拟。该过程的动力学检查内的等温近似，作为初始状态的函数。正如模拟所证明的，最简单的相场模型能够再现现象的基本性质。得到的数值结果表明接触熔化的扩散性质。
2014-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
MeltNet: Predicting alloy melting temperature by machine learning
热力学是理解和合成多组分材料的基础，而对其进行有效和准确的预测仍然是迫切和具有挑战性的。作为“分而治之”的策略分解成不同的学习功能的演示，二元合金的熔化温度的定量预测，在本工作中，通过构建机器学习（ML）模型“MeltNet”。系统地研究了模型超参数对预测精度的影响，并通过贝叶斯优化得到了最优超参数。从训练时间、化学成分和输入特征等方面对错误进行了全面的分析。结果发现，除了少数差异主要是由于不满意的处理的非金属/半金属元素和大熔点差异与液体混合能力差的组成元素之间，MeltNet实现了整体的成功预测，特别是捕捉微妙的成分依赖的功能，在看不见的化学系统的第一次。通过引入具有不确定性量化的集合方法，MeltNet的可靠性、鲁棒性和准确性得到了进一步的提高。基于最先进的底层技术，MeltNet以最小的计算成本实现了低至约120 K的预测平均误差（MAE）。我们相信，目前的工作有一个普遍的价值，显着加快预测复杂的多组分系统的热力学。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultra strong and ductile eutectic high entropy alloy fabricated by selective laser melting
共晶高熵合金因其在大温度范围内具有优异的强度和塑性而受到广泛关注，具有重要的应用前景。共晶高熵合金优良的铸造特性使选择性激光熔化获得良好的工艺性成为可能。我们首次实现了通过选择性激光熔化制备的无裂纹共晶高熵合金，由于具有150 ~ 200 nm的超细共晶片层间距和2 ~ 6 μm的片层团，在-196 ℃ ~760 ℃的宽温度范围内具有优异的力学性能。具体地，室温抗拉强度超过1400 MPa，延伸率大于20%，与通过具有较低冷却速率的其他技术制造的那些相比显著提高。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sustainable low-cost method for production of High entropy alloys from alloy scraps
在这篇文章中，我们提出了一种可持续的方法，从合金废料中生产高熵合金，称为合金混合。我们使用近等摩尔的CrCuFeMnNi HEA成功地演示了这种方法。合金废料将从不同来源获得的304L不锈钢、镍铬合金80和电线级铜（electrical wire grade Copper）与少量添加的Mn和Cr一起使用真空电弧熔炼熔化以实现等原子组成。这证实了通过合金混合生产的合金表现出与通过纯元素的常规熔融生产的具有相同组成的合金相似的显微组织
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Icosahedral quasicrystal-enhanced nucleation in Al alloys fabricated by selective laser melting
选择性激光熔化（SLM）正在迅速发展成为主流技术。然而，这种增材制造方法的非平衡条件所固有的固化和微结构发展的基本机制仍然是未知的，这与传统加工技术的典型机制有很大不同。在这项工作中，在深入表征的微观结构的Al 7075 SLM处理的样品，从粉末混合物含有ZrH 2微粒，证明了发生二十面体准晶增强成核激光制造过程中。迄今为止，仅在含有微量Cr添加物的铸造Al-Zn和黄金合金中观察到这种凝固机制（Kurtuldu等人，2013）或Ti（Chen等人，2018）和Ir（Kurtuldu等人，2014），通过存在异常高比例的孪晶边界和位于等轴、随机织构化的超细晶粒基质内的孪晶最近邻之间的五重取向对称性来证明。这项研究证明了增材制造方法为研究新的物理冶金现象以及先进金属的设计提供了广泛的可能性。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
A high entropy alloy as very low melting point solder for advanced electronic packaging
研究了熔点在80 oC左右的SnBiInZn基高熵合金（HEA）作为低回流焊温度钎料。在100 oC回流10 min后，润湿角约为52 o。界面金属间化合物（IMC）生长动力学被测量为成熟控制，具有约18.0 kJ/mol的低活化能，然而，界面反应速率非常慢，导致形成非常薄的IMC层。低熔点的HEA焊料在先进的电子封装技术中具有潜在的应用前景，特别是在生物医学器件中。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accelerating active learning materials discovery with FAIR data and workflows: a case study for alloy melting temperatures
本文通过复用nanoHUB上遵循FAIR原则的模拟工作流与数据，将合金熔化温度主动学习优化中每种成分所需模拟次数从4次降至1次，并以仅测试3种成分找到最低熔化温度合金，实现10倍加速。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Formation of Fractal Dendrites by Laser induced melting of Aluminum Alloys
本文报道了用激光诱导熔化铝合金制备分形枝晶的方法。我们的目标是碳化硼（B4 C），它是最有效的辐射吸收材料之一，其特点是热膨胀系数低。由于B4C晶体的高度脆性，我们能够将其纳米颗粒引入到AA385.0的稳定铝基质中。高强度激光场作用下，在局部表面熔化的作用下，形成了复合枝晶结构。枝晶簇生长的建模证实了其分形性质，并揭示了所产生的准晶结构的图案行为。
2021-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.atom-ph
Competitive B2 and B33 Nucleation during Solidification of Ni50Zr50 Alloy: Molecular Dynamics Simulation and Classical Nucleation Theory
采用持久胚胎法和经典形核理论研究了Ni 50 Zr 50合金中化学计量比B2和B33相的均匀形核。这两个阶段成为非常接近的竞争对手在大的过冷度，这是与实验观察。在B2相的情况下，外推到熔化温度的固-液界面（SLI）自由能的线性温度依赖性导致从毛细波动方法（CFM）获得的相同的值。在B33相的情况下，SLI自由能在大的过冷度下也是温度的线性函数，但是外推到熔化温度导致与CFM值相当不同的值。这与在名义上平坦的界面迁移的模拟中观察到的熔化温度附近的B33相的SLI性质的大的各向异性是一致的。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Effect of ZrH2 particles on the microstructure and mechanical properties of IN718 manufactured by selective laser melting
研究了Zr（以ZrH2颗粒形式）对激光选区熔化IN718镍基高温合金显微组织和力学性能的影响。通过仔细选择工艺参数可以获得完全致密的合金。ZrH2的添加没有改变合金的微观结构，但引入了直径约50 nm的富Zr球状颗粒的分散体，这增加了印刷材料在环境温度（23 ℃）和高温（550 ℃）下的强度。热处理的增溶，然后老化导致的γ”沉淀物，控制合金的强度，这是独立的添加Zr的精细分散。热处理后的材料在550 ℃变形时出现动态应变时效。最后，无论热处理和温度如何，垂直于成型方向变形的IN718的强度高于沿成型方向变形的强度。计算均匀化模拟表明，各向异性与强织构。
2021-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Active learning and molecular dynamics simulations to find high melting temperature alloys
主动学习（AL）可以大大加速材料发现;它的力量已经在各种类型的材料和目标属性中显示出来。先前的努力已经使用机器学习模型来进行物理实验或基于物理的模拟的最佳选择。然而，后者的努力主要局限于使用电子结构计算和性能，可以在晶胞水平和可忽略的噪音。我们耦合AL与分子动力学模拟，以确定多个主成分合金（MPCA）的高熔化温度。通过nanoHUB的云计算服务的基础上，我们提出了一个完全自主的工作流程，有效地探索高维组成空间的MPCA。我们的特点是如何产生的随机性的模拟和用于选择模拟的采集功能的不确定性影响的方法的收敛性。有趣的是，我们发现，具有显著不确定性的相对较短的模拟可以用于有效地找到所需的合金，因为用于AL的随机森林模型平均了波动。
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Melting at dislocations and grain boundaries: A Phase Field Crystal study
用相场晶体方法研究了位错和晶界熔化的三维问题。孤立的位错被发现熔化从他们的核心径向向外，作为本地化的过剩弹性能量驱动器的熔体半径的幂律发散。低至中等角度晶界内的位错熔化类似，直到当相邻熔化区域合并时发生角度相关的一阶润湿转变。高角度的边界内的屏蔽近似处理，并讨论了有关的合奏，亚稳性和晶粒尺寸的问题。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of strain-relaxed Ge-Sn alloys using ion implantation and pulsed laser melting
具有足够高的Sn浓度的Ge-Sn合金是直接带隙IV族材料。最近，离子注入后的脉冲激光熔化已被证明是一种很有前途的方法，以实现这种材料，由于其高再现性和无干扰的过程。一种含~9原子%的锗锡合金，Sn被证明是可行的，通过这种技术。然而，压缩应变，固有地发生在异质外延的膜，明显地延迟材料的直接带隙转变。在这份报告中，试图合成一个高度弛豫的锗锡合金将提出。这个想法是用更高的注入能量和剂量产生明显更厚的膜。X射线倒易空间映射证实材料是大弛豫的。最高剂量样品的峰值Sn浓度为6at.%通过卢瑟福背散射光谱法测定。横截面透射电子显微镜显示非常规的缺陷在膜中的应变松弛的机制。最后，应变弛豫合金的光致发光（PL）研究显示在2045 nm的波长处的光子发射，表明Sn浓度为~6原子%的活性掺入。这项研究的结果铺平了道路，以生产高品质的松弛GeSn合金使用工业规模的方法。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spontaneous alloying in binary metal microclusters - A molecular dynamics study -
用微正则分子动力学方法研究了纳米金属团簇中原子快速扩散的自发合金化过程. Yasuda和Mori观察到的重要特征在我们的模拟中得到了很好的再现。SA现象的温度依赖性和尺寸依赖性通过检查长时间动力学进行了广泛的探索。负的溶解热在完成SA的主导作用进行了讨论。我们指出，熔融表面的存在诱导扩散的核心原子，即使他们是固体状。换句话说，在相当低的温度下的{ \it表面熔化}在获得SA中起关键作用。
2001-02-05 cond-mat.mtrl-sci
From wetting to melting along grain boundaries using phase field and sharp interface methods
研究了具有障碍势的多序参量相场模型描述平衡状态下晶界预熔的能力。在协议与充满活力的图片，我们发现，干和湿晶界之间的过渡在散装熔点的阈值$2σ_{sl}=σ_{gb}$，与$σ_{sl}$是固-熔体界面能和$σ_{gb}$的能量的干晶界。预熔化的预测证实了使用相场包OpenPhase的模拟。为了预测纯材料中沿晶界熔化的动力学，考虑到引起晶界预熔化的短程相互作用，发展了一种锐界面理论。它证实，对于过热的晶界的熔化速度降低（增加）的非润湿（润湿）晶界。数值稳态的预测是在一个完全解析解的参数空间的一个子集。相场模拟证实了尖锐界面理论的预测。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of the liquid pool for VT3-1 titanium alloy during vacuum arc remelting process
本文描述了一个简单的真空电弧重熔（VAR）过程的热模型，包括非线性导热方程的解与非线性边界条件，这是典型的VAR过程。通过有限体积法得到了模型方程的有限差分模拟。为了检验不包括液态金属熔池中的磁流体动力学现象的简化模型的效率，将熔化俄罗斯钛合金VT 3 -1时的金属熔池深度的数值计算与射线照相试验的结果进行了比较。结果表明，该模型能较好地描述不同熔炼方式（锭径和电流强度）下的试验数据。
2005-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation during melting of lamellar eutectics
Access e.V.（Access协会）；Sorbonne Université, CNRS, Institut des Nanosciences de Paris（索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎纳米科学研究所）
研究层状共晶在定向熔化过程中的图案形成，通过实验与模拟揭示熔速和预固态微结构间距对熔化模式的影响及物理机制。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Physically Consistent Machine Learning for Melting Temperature Prediction of Refractory High-Entropy Alloys
National Institute of Technology Patna（巴特那国立理工学院）
本研究提出基于XGBoost的机器学习模型，利用物理驱动的元素特征预测高熵合金熔点，通过验证集验证模型在BCC-FCC相变点的准确性，展示数据驱动模型在冶金原理应用中的有效性。
2026-01-07 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Predicting grain boundary energies of complex alloys from ab initio calculations
通过对纯面心立方金属晶界能及其表面能的从头算研究，提出了一种估算复杂多元合金晶界能的稳健方法。输入参数是合金的表面能，这可以很容易地通过基于密度泛函理论的现代从头计算获得。该方法被证明在顺磁性铁铬镍合金的情况下，可靠的晶界数据是可用的。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Machining of Spherical Component Fabricated by Selected Laser Melting, Part II: Application of Ti in Biomedical
钛及钛基合金具有高强度、低密度和优良的耐腐蚀性能。这些特性对于制造用于生物医学应用的轻质和高强度部件至关重要。本文从钛的冶金、力学性能、表面改性、耐腐蚀性、生物相容性和骨结合等方面对钛在生物医学中的应用进行了综述。分析了铸造、粉末冶金、冷热加工、机械加工、激光工程净成形、超塑性成形、锻造和环轧等生物医用钛制造工艺的优缺点。这项研究的贡献是双重的，首先仔细研究了钛和钛基合金在生物医学应用中的体内和体外实验的行为，以确定导致失败的因素，其次是实现所需性能的策略，这些性能对接受外科植入物后改善患者结局的质量至关重要。未来的研究将通过改进生产工艺来制造用于医疗应用的钛，例如在增材制造中使用最佳设计方法，并研究含有其他材料的合金，以获得更好的医疗和机械特性。
2017-03-27 cond-mat.mtrl-sci
The influence of Y content on grain structure evolution in Mg-Y alloys
University of Michigan（密歇根大学）
本研究探讨了钇含量对Mg-Y合金晶粒结构演变的影响，发现Y在晶界处的偏析效应显著抑制了再结晶和晶粒生长，为设计热稳定的镁合金提供了新思路。
2026-02-19 cond-mat.mtrl-sci
A direct optical method for the study of grain boundary melting
晶界的结构和演化是多晶材料的本质。在这里，我们描述了一个实验装置和光反射技术，用于测量在光学清晰的材料，在热力学平衡的晶界无序。该方法是证明在冰双晶体。测量每个冰样品的晶体取向。可以控制液体中杂质的类型和浓度，并且可以连续记录温度并将其控制在接近熔点的范围内。一般方法适用于各种材料。
2009-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Heterogeneous Melting in Phase Change Memory Devices
我们提出了热力学结晶和熔化模型，并根据动力学和热力学参数计算了$Ge_2 Sb_2 Te_5$中的相变速度。计算的相变速度是晶粒尺寸的强函数，较小的晶粒在较低的温度下开始熔化。相变速度是温度的连续函数，温度决定结晶和熔化速率。因此，设置和复位时间以及开关的功率和峰值电流要求是晶粒尺寸的强函数。晶界非晶化可以导致小晶粒相变材料的单元电阻的充分增加，即使整个有源区没有完全非晶化。孤立的晶粒留在非晶区，淬火核，促进模板晶体生长，并显着减少相变存储器单元的设置时间。我们证明了非均匀熔化的重要性，通过2-D的相变模拟与动态材料相变模型相结合。我们的研究结果表明，复位和设置时间的顺序为~1 ns的30 nm宽的限制纳米晶（7.5 nm - 25 nm半径的晶体）相变存储器单元。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Achieving highly strengthened Al-Cu-Mg alloy by grain refinement and grain boundary segregation
采用高压扭转工艺对时效硬化Al-Cu-Mg合金（A2024）进行了超细晶组织的制备。合金进一步时效以获得额外的强化。然后拉伸强度达到高达约1 GPa的值。用透射电子显微镜和原子探针层析成像分析了其微观结构。从固溶强化、簇状强化、加工强化、弥散强化和晶界强化等方面阐明了高强度的形成机理。结果表明，溶质原子在晶界（包括亚晶界）的偏聚对合金抗拉强度的提高起着重要作用。
2020-07-16 cond-mat.mtrl-sci
A Low-Cost, Strong, and Ductile Single-Phase Nb-Based Refractory Complex Concentrated Alloy
本文提出了一种低成本、高比强度且具有延展性的铌基耐火合金，通过非等原子比设计提升了性能和经济性。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of extremely high strength of ultrafine-grained Al alloys produced by severe plastic deformation
通过高压扭转制备的超细晶铝合金具有很高的强度，大大超过了Hall-Petch对超细晶的预测。这种现象可以归因于超细结构和变形引起的溶质元素沿晶界偏聚的独特组合，这可能会影响晶内位错的发射和迁移。
2010-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study of grain-boundary segregation and grain-boundary diffusion in Al-Mg alloys
Mg晶界偏聚和扩散对Al-Mg合金的加工性能有很大影响。然而，Mg GB在Al中的扩散还没有实验测量或模拟预测。我们应用原子计算机模拟来预测Mg GB偏析的量和自由能，以及偏析对两种合金成分的GB扩散的影响。在低温下，Mg原子分离到一个倾斜GB形成具有高度各向异性形状的集群。Mg在Al GB中的扩散比Al本身慢，并且与Al GB自扩散相比，这两种组分的扩散缓慢。因此，Mg偏析显著降低了Al-Mg合金中沿晶界的质量传输速率。降低的原子迁移率可以负责提高的温度下的微结构的稳定性。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Local Coordination Modulates the Reflectivity of Liquefied Si-Ge Alloys
本研究通过从头计算揭示液态硅锗合金反射率异常源于高配位低对称的局部结构，为激光掺杂工艺提供理论指导。
2024-02-05 cond-mat.mtrl-sci
A Grain Boundary Embrittlement Genome for Substitutional Cubic Alloys
本文利用通用原子间势构建了覆盖15种基体金属和75种溶质元素的Σ5[001](210)晶界偏聚与脆化基因组，为FCC和BCC二元合金的高角晶界脆化设计提供数据工具。
2025-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Two-stage Hydrogen Compression Using Zr-based Metal Hydrides
采用高频感应悬浮炉，在氩气保护下，由纯元素经熔炼和再熔炼制备了含有相同类型A、B金属的Zr基AB_2-Laves相型合金。通过粉末X射线衍射（XRD）测量和SEM/EDX分析对合金进行了表征。使用高压Sievert型仪器，在20和90 ℃下记录了系统的PCI（压力-组成-等温线）测量。本研究的目的是寻找一系列具有合适性能的快速形成金属间化合物（MH）的合金，以建造MH基氢压缩机，在20 ~100 ℃之间以相同的方式工作。
2012-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Phase field simulation of grain size effects in nanograined Ti-Nb shape memory alloys
钛基记忆合金，如Ti 2448，由于其独特的热机械性能和潜在的生物医学应用，引起了人们极大的关注。在这项研究中，我们开发了一个多晶相场研究的晶粒尺寸依赖的马氏体相变和相关的机械性能的纳米晶粒Ti-Nb合金。结果表明，平均晶粒尺寸的减小加强了对马氏体相变（MT）的抑制，导致相变应力的增加，应力滞后的收缩，和残余应变的消除。获得了不同平均晶粒尺寸的纳米晶Ti-Nb合金的时间-温度-相变曲线，并验证了Hall-Petch关系在所有晶粒尺寸下的有效性。此外，当平均晶粒尺寸变得超小时，温度和应力诱导的MT都表现出连续的二级相变行为。这些优越的相变特性归因于高密度的晶界和相关的主导作用的梯度能量在纳米尺度。我们的研究结果对纳米晶记忆合金的性能设计和控制具有深远的意义。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Designing for Cooperative Grain Boundary Segregation in Multicomponent Alloys
本文提出晶界溶质协同偏析理论，开发谱方法预测多组分合金晶界协同合金化，提供700余种铝基合金数据并实验验证。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing Solute Segregation and Grain Boundary Energy in a Binary Alloy Phase Field Crystal Model
本文研究了如何溶质偏析和它的关系，在二元合金的晶界能被捕获的相场晶体（PFC）的形式主义，一个连续的方法，采用原子尺度的弹塑性扩散时间尺度的影响。使用两种二元合金PFC模型模拟晶界-Elder等人（2007）的原始二元模型和Greenwood等人（2011）的XPFC模型。在这两种情况下，Read-Shockley理论很好地描述了晶界能与取向差数据的关系。吉布斯吸附定理，然后用来推导出一个半解析函数描述溶质偏析晶界。这是用来表征晶粒边界能量与平均合金浓度和过冷低于固相线。我们还研究了不同物种之间的尺寸失配及其相互作用强度如何影响晶界偏析。最后，我们解释了我们的模拟界面偏析相关的材料性能的影响。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Relationship between grain boundary segregation and grain boundary diffusion in Cu-Ag alloys
虽然已知合金组分可以偏析到晶界（GB），并且GB中的原子迁移率大大超过晶格中的原子迁移率，但是关于GB偏析对GB扩散的影响知之甚少。原子计算机模拟提供了一种手段，通过计算GB扩散系数的合金成分作为其偏析量的函数，获得洞察偏析扩散关系。在这样的模拟中，通过半巨正则蒙特卡罗方法，然后通过分子动力学的所有合金成分的扩散系数的计算，制备了热平衡GB偏析。作为示范，所提出的方法被应用到GB是Cu-Ag系统。GB的扩散系数表现出非平凡的组合物的依赖关系，可以解释为网站阻塞，网站竞争，和发病的GB无序由于预熔效应。
2020-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation in UFG alloys processed by severe plastic deformation
用原子探针层析技术研究了剧烈塑性形变（SPD）处理的铝镁合金、碳钢和Armco \trademark Fe的晶界偏聚。在未变形状态下，铝合金的GB是贫Mg的，但在SPD之后，一些局部富集高达20 at.%被发现了在铁基合金中，SPD后沿GB也表现出大的碳浓度。这些实验观察结果归因于特定的结构的GB通常被描述为“非平衡”的超细晶粒材料加工的SPD。讨论并比较了置换型溶质原子（Mg在面心立方Al中）和间隙型溶质原子（C在体心立方Fe中）的晶界偏聚机制。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Bulk nanocrystalline Al alloys with hierarchical reinforcement structures via grain boundary segregation and complexion formation
晶粒尺寸工程，特别是将晶粒尺寸减小到纳米晶范围，为进一步提高铝合金的强度-重量比提供了一条有前途的途径。不幸的是，纳米晶金属的制造通常需要非平衡处理路线，这通常限制了试样尺寸并需要大量的能量预算。在这项研究中，多个掺杂原子在三元铝合金故意选择，使偏析的晶界区域，并促进形成非晶络合物。采用简单的粉末冶金方法成功地制备了三种不同的完全致密的小晶粒尺寸块体纳米晶Al合金（Al-Mg-Y，Al-Fe-Y和Al-Ni-Y），完全致密化直接与非晶复合物的形成有关。所有组合物在585 ℃下通过热压固结后均表现出高于99%的密度和<60 nm的晶粒尺寸。非常细的晶粒结构导致优异的机械性能，纳米压痕硬度值在2.2-2.8 GPa的范围内。详细的微观结构表征验证了所有掺杂剂物种的晶界偏析，以及形成无定形络合物，这表明它们在帮助有效的固结和赋予合金的热稳定性的影响作用。此外，在晶界处还观察到具有核-壳结构的纳米棒，这可能有助于晶粒结构的稳定和高强度。最后，形成尺寸为数百纳米的金属间化合物颗粒。作为一个整体，这里提出的结果表明，一般的合金设计策略的偏析和边界演变途径，使制造多个纳米晶铝合金的分级显微组织和改善的性能。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Liquid Phase 3D Printing for Quickly Manufacturing Metal Objects with Low Melting Point Alloy Ink
传统的3D打印通常很耗时，可打印的金属油墨也相当有限。从另一种方式出发，我们提出了一种快速制造金属物体的液相3D打印。通过引入熔点略高于室温的金属合金作为印刷油墨，展示了从一维、二维和三维到更复杂图案的几种代表性结构的快速制造。与传统3D打印中的空气冷却相比，液相制造提供了更高的冷却速率，从而显着提高了制造金属物体的速度。这种独特的策略还有效地防止了液态金属油墨的空气氧化，这在普通的3D打印中是难以避免的。几个关键的物理因素（如冷却液的性质，注射速度和针直径，印刷油墨的类型和性质等）这将明显影响印刷质量。此外，还提出了一个基本路线，使未来的液相3D打印机结合注射泵和针阵列。液相3D打印方法具有传统模式无法提供的潜在价值，为未来快速制造金属物体开辟了一条有效的途径。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.gen-ph
Atomistic mechanism of corrosion-induced grain boundary migration in NiCr alloys in molten FLiNaK
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究镍铬合金在熔融FLiNaK中腐蚀诱导晶界迁移的原子机制，用反应分子动力学研究四个代表性晶界及体表面腐蚀，发现表面晶体学和晶界特征对腐蚀的影响，识别出腐蚀驱动的晶界迁移机制，指出低能特殊边界是晶界工程目标。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy
本文报道了大塑性形变Cu -2wt%Be合金粗晶和纳米晶时效动力学的综合研究。结果表明，粗晶合金时效后，连续形成纳米级的体心立方（bcc，CsCl型）半共格颗粒，其晶体取向关系为{220} Cu // {200} CuBe。这些颗粒产生了显着的内部应力场，并成为位错滑移的障碍，导致硬度从95维氏硬度（HV）的溶解合金到400 HV的老化的变化。剧烈的塑性形变导致形成平均晶粒尺寸为20 nm和HV为390的单相纳米晶组织。结果发现，该晶粒尺寸轻微驱动晶界偏析。纳米晶合金的进一步时效导致沉淀物在原Cu晶界上的不连续形成和亚稳相的跳跃。观察到老化纳米结构合金的最大硬度为466 HV的显著的时效硬化。力学性能测试结果表明，对于粗晶和纳米晶合金，显微组织和进一步时效对合金的强度性能都有很大的影响。纳米结构合金具有良好的热稳定性。CuBe相的硬度值的理论计算。结果表明，Be作为一种轻合金元素，可以直接改变大变形铜合金的显微组织。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic precipitation during high-pressure torsion of a magnesium-manganese alloy
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung（联邦材料研究与测试研究所）；Department of Materials Science, Technical University of Leoben（格拉茨工业大学材料科学系）
研究镁锰合金在高压扭转过程中的动态析出行为，发现纳米级Mn粒子在变形中形成并填充晶界，作为钉扎位点使合金晶粒细化至140nm，进一步变形导致晶粒逐渐粗化但析出物尺寸不变，最终保持230nm晶粒尺寸，证明钉扎粒子的稳定性与有效性。
2025-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Numerical modeling of microstructure evolution in nanocrystalline alloys - grain boundary segregation, solute drag and mechanics
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出一种三维有限应变相场有限元框架，统一模拟纳米晶合金的晶界偏聚、溶质析出及力学相互作用，为稳定晶粒尺寸提供数值工具，验证了框架适用性并解释相关效应。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature grain boundary phases, transformations, and diagrams in alloys
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本研究提出同时采样位置、构型和原子数的蒙特卡洛模拟，突破现有原子模拟局限，实现合金有限温度晶界相变与相图的严格预测，并在W-V合金中揭示新相变。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
The superheated Melting of Grain Boundary
基于晶界熔化模型，讨论了过热晶界态存在的可能性。利用分子动力学模拟表明，在高对称倾斜的量子阱中，可以实现过热量子阱态。液核尺寸是否超过临界尺寸决定了过热晶界熔化与否。压力引起的熔点升高小于形核机制引起的过热。
2005-06-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Influence of grain size and grain boundary misorientation on the fatigue crack initiation mechanisms of textured AZ31 Mg alloy
研究了织构AZ 31 B-O镁合金沿轧制方向进行完全反向应变控制循环变形50次（约为疲劳寿命的33%）后的变形和裂纹萌生机制。在2100个晶粒中，有538个晶粒出现明显的变形带，对应于锥体滑移或拉伸孪晶。滑移痕迹分析表明，72.3%为锥体滑移带，18.4%为孪晶界。在9.1%的变形带晶粒中，同时存在锥滑移和孪晶。50次循环后，裂纹普遍存在。在约15%的小晶粒（< 20 $μ$ m）中发现晶界裂纹，并且它们主要与高角度晶界（>40度）相关联。在大晶粒（>45 $μ$ m）中，平行于锥体滑移带或孪晶界的穿晶裂纹也会产生裂纹。这些大晶粒中的大多数（>60%）在50次循环后呈现穿晶裂纹。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation loops growth and radiation growth in neutron irradiated Zr-Nb alloys: rate theory modelling
提出了一个研究辐照Zr基合金位错环生长的通用模型。它考虑到温度的影响，效率的环路吸收点缺陷依赖于环路的大小，局部的晶界下沉强度的影响，和合金元素的浓度。该模型用于描述反应堆条件下中子辐照下锆铌合金环半径增长的动力学。在不同的晶粒尺寸，从晶界的位置，和铌的浓度的环半径和应变的增长进行了研究。结果表明，局部晶界下沉的结果在晶粒内部的晶体的不均匀变形。此外，铌作为合金元素的引入减小了环半径，但促进了晶粒内局部应变的增长。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Spark Plasma Sintering for high-speed diffusion welding of the ultrafine grained near-a Ti-5Al-2V alloy with high strength and corrosion resistance for nuclear engineering
本研究将放电等离子烧结（SPS）用于核工程用高强度耐腐蚀超细晶近α Ti-5Al-2V合金的高速扩散焊接，揭示了焊缝密封速率与加热速率的非单调关系及不同晶粒度合金的蠕变控制机制。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic doping of the grain interior and grain boundary alters deformation mechanisms and enables extreme strength in nanocrystalline Ni-Cr-Y alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
通过调控晶粒和晶界化学成分，研究晶粒内和晶界掺杂协同作用对纳米晶Ni-Cr-Y合金变形机制和强度的影响，发现Y元素在晶界富集可增强晶界强化，而Cr元素在晶粒内形成固溶体增强晶格，二者协同作用使合金硬度达到11.0GPa。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Grain-boundary grooving and agglomeration of alloy thin films with a slow-diffusing species
本文提出了一个多晶合金薄膜晶界开槽和团聚的相场模型。特别地，我们研究了慢扩散物种对开槽率的影响。随着凹槽的生长，慢物种变得集中在凹槽尖端附近，使得进一步的开槽受到其远离尖端扩散的速率的限制。在早期，主要的扩散路径是沿着边界，而在后期，它是平行于基板。这种路径的变化强烈地影响了晶界开槽的时间依赖性，并增加了团聚的时间。该模型为抗团聚薄膜合金的设计提供了一种工具。关键词：相场，热开槽，扩散，动力学，金属硅化物
2006-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Origins of Friction Reduction in Metal Alloys
我们提出了大规模分子动力学模拟的结果，旨在了解纯金属中高摩擦系数的起源，以及它们在合金和复合材料中的伴随减少。我们利用一系列有针对性的模拟，以证明不同的滑动机制是活跃的两个系统，导致不同的摩擦行为。具体来说，我们表明，在纯金属中，滑动发生沿晶体滑移面，而在合金剪切容纳晶界。在纯金属中，存在由所施加的剪切应力引起的显著的晶粒生长，并且滑移面是具有高摩擦的相称接触。然而，合金中不同原子的存在抑制晶粒生长并稳定晶界，从而通过晶界滑动产生低摩擦。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Dense Ultrafine-Grained MoW, MoWNb, and MoWNbTa Alloys: Influence of Cobalt Doping on Sintering and Grain Growth
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
通过高能球磨和等离子体烧结制备超细晶MoW等合金，研究发现钴掺杂能显著提高烧结密度并抑制晶粒生长。
2026-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary diffusion in severely deformed Al-based alloy
研究了大变形铝基AA5024合金的晶界扩散行为。通过等通道角处理和热处理相结合来制备不同的状态，并采用放射性同位素$^{57}$ Co作为给定晶界状态的灵敏探针。利用其在室温（320 K）附近的扩散速率，定量分析了剧烈塑性形变、晶界变形修正态的形成、界面溶质偏聚、变形后位错含量的增加以及析出行为对晶界输运现象的影响。利用密度泛函理论和Eshelby模型对纳米Al $_3$ Sc基沉淀物的主导效应进行了研究。
2017-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo Study of the Crystalline and Amorphous NaK Alloy
Metropolis蒙特卡罗模拟的共晶钠钾合金进行使用二阶矩近似（SMA）模型势在很宽的温度范围内，在恒定的压力。合金的结构和热力学分析以及原子水平的结构，使用各种结构鉴定方法。焓和密度都是沿着退火过程进行的，退火过程揭示了大约250 K的明确的熔点。在较低的温度下，两个热力学分支被确定为结晶和非晶态固体。
2017-07-15 cond-mat.mtrl-sci
