Fitting of structural parameters to small angle neutron scattering data for nickel-chromium-aluminum alloy in frames of quantum mechanics and classic models of polydispersed spheres
在转移动量$Q$和有效核半径$R$满足条件$Q R \le \hbar$的情况下，利用修正的Yukawa势对镍铬铝合金小角热中子散射数据进行了核模型参数拟合.用解析多分散球模型计算中子散射强度，确定在$Q R_0 \ge 3\hbar$处的最可几宏观球半径$R_0$。高斯分布、Relay分布和Schulze-Zimm分布的组合可用于将模型参数拟合到实验数据。提出了数据拟合的快速算法和程序。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci nucl-th
Nickel Titanium Alloy failure analysis under thermal cycling and mechanical Loading: A Preliminary Study
电化学频率调制（EFM）技术可以作为一种新的电化学腐蚀监测手段。采用无损、快速的方法计算腐蚀速率是研究金属在载荷和热循环下腐蚀行为的必要条件。采用差示扫描量热法（DSC）和单轴拉伸试验对NiTi记忆合金（SMA）进行了表征。对NiTi试样在人工生理溶液中的腐蚀行为和工艺可靠性进行了检验。结果表明，EFM技术对温度和基频的敏感性。
2018-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origins of the transformability of Nickel-Titanium shape memory alloys
近等原子NiTi合金是最成功的记忆合金。它在生物医学设备中的应用越来越广泛。然而，尽管具有可重复的超弹性效应和优异的形状记忆，NiTi还远远不能满足表征最可逆相变材料的条件。因此，其巨大成功背后的科学原因是一个谜。在这项工作中，我们对变换机制进行了严格的数学推导和精确的DFT计算，以寻找以前未识别的孪生缺陷，我们称之为对合域，并通过像差校正的扫描透射电子显微镜在NiTi的真实空间中观察它们。内卷域导致一个额外的216相之间的兼容界面NiTi，我们的理论，这一功能有助于重要的可靠性。他们预计将出现在其他转变，并改变传统的解释机制的马氏体相变。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Serration in Nickel Alloy Inconel 600: Quantification and Mechanisms
对Inconel 600合金热处理引起的晶界锯齿化进行了系统的研究。本文提出了一种基于傅里叶变换的分析锯齿晶界多重波特征的新方法。一个新的度量-锯齿指数-的设计和利用量化锯齿的程度，更一般地区分客观的锯齿和非锯齿的边界。通过考虑锯齿指数与工艺参数的变化，锯齿度和固溶处理/冷却速率之间的因果关系阐明。提出了锯齿度的加工图。两种不同的形成机制依赖于晶界与碳化物的相互作用：（i）Zener型拖曳，阻碍晶界迁移和（ii）一个小面碳化物生长诱导的锯齿。
2020-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of particle size and inter-particle spacing on dislocation behaviour of Nickel based super alloys
镍基高温合金在负载重且经常在高温下发生的情况下一直是大量使用的主题。在金属晶格中发挥作用的强化机制已经被广泛地研究为微观力学MMC模型。这些连续体公式受到若干限制。原子尺度的基本机制尚未得到很好的理解。该报告试图模拟运动位错与立方析出相的相互作用，并解释强化效应。研究了颗粒尺寸和颗粒间距对强度的影响。一些物理意义的结果也被解释和显示。
2017-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio study of phosphorus effect on vacancy-mediated process in nickel alloys - an insight into Ni2Cr ordering
镍-铬合金中长程序的发展具有很大的技术意义，但对其转变的动力学和机制知之甚少。本文采用计算和实验相结合的方法研究了磷对Ni-Cr合金中化学计量比Ni_2Cr有序化速率的促进作用。制备了一系列Ni-33% Cr-x%P样品（以原子百分比计），其中磷浓度x = <0.005-0.1原子%。并在373和470°C之间老化长达3000小时。第一性原理模型认为fcc Ni与稀P作为一个合理的近似复杂的Ni-Cr-P合金系统。计算结果表明，通过与磷原子相关的空位的连续交换和旋转跳跃的空位溶质对扩散的空位输运的显着增强。这两种迁移路径的能垒至少比纯Ni溶剂中空位原子交换的能垒低0.35 eV。分析扩散模型预测，对于0.1at.%，P在400-500°C。模型预测结果与显微硬度的变化趋势吻合较好。我们用动力学有序化模型表征了显微硬度的结果，表明有序化转变的激活能显著降低。这些结果有助于衡量工业合金发展长程序的风险，这种长程序增加了强度，但降低了延展性和韧性。微量合金化元素与多余空位结合，降低空位迁移势垒，可显著促进Ni_2Cr沉淀硬化。
2019-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Investigation on the Mechanical Properties of Functionally Graded Nickel and Aluminium Alloy by Molecular Dynamics Study
功能梯度材料（FGMs）由于其独特的力学、热学和电学性能而引起了世界范围内研究人员和科学界的广泛关注。这使得FGM多功能材料（性能在一定方向上连续变化）用于特定目的而不产生任何相界面，从而使其优于其复合材料。本文应用分子动力学方法，通过单轴拉伸研究了带有Ni涂层的功能梯度Ni-Al合金的力学性能。镍铝合金具有优异的力学性能和热性能，在工业上得到了广泛的应用。我们的目标是找到当我们改变梯度函数（线性，椭圆和抛物线），温度和结晶方向时材料行为的差异。我们还观察到不同的梯度函数在不同温度下的不同类型的失效机制。近距离观察发现，椭圆梯度Ni-Al合金在低温下具有较高的抗拉强度，而在高温下，抛物线梯度Ni-Al合金的抗拉强度最高。此外，在任何温度下，抛物线梯度的Ni-Al合金都比椭圆和线性梯度的Ni-Al合金表现出更好的弹性。此外，还观察到该合金的[111]晶向比任何其他晶向表现出更大的抗失效性。研究发现，晶格无序对功能梯度材料的力学性能有重要影响。本文详细介绍了一种途径，调整力学性能，如杨氏模量，塑性和屈服强度在分子水平上，通过改变材料的组成沿不同的梯度函数。
2020-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion behavior in Nickel-Aluminium and Aluminium-Uranium diluted alloys
杂质扩散系数完全由低成本的经典分子静力学技术（CMST）获得。特别是，我们显示CMST是适当的，以描述介导的空位机制的杂质扩散行为。在五频模型的背景下，CMST允许计算所有的微观参数，即：空位形成的自由能，空位-溶质结合能和所涉及的跳跃频率，从它们，我们得到的宏观输运幅度，如：相关因子，溶剂增强因子，Onsager和扩散系数。具体来说，我们在f.c.c.中执行计算。稀释的Ni-Al和Al-U合金。溶剂和溶质物种的示踪剂扩散系数的结果与现有的两个系统的实验数据一致。我们的结论是，在Ni-Al和Al-U系统溶质原子迁移的直接交换与空位在所有的温度范围内，有可用的实验数据。在Al-U的情况下，在低于550 K的温度下可以发生空位拖曳机制。
2014-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and phase transformation of nickel-titanium shape memory alloy fabricated by directed energy deposition with in-situ heat treatment
增材制造由于其灵活性而被广泛应用于制造镍钛（NiTi）记忆合金的各种结构，以产生具有最小缺陷的复杂结构。然而，组织不均匀性和第二相的形成是阻碍NiTi合金进一步应用的两个主要问题。虽然通常采用后热处理来改善或控制NiTi合金的性能，但它不能实现NiTi合金的热性能和/或机械性能的空间控制。为了克服均匀后热处理的局限性，本研究提出了一种原位热处理策略，该策略被集成到NiTi合金的定向能量沉积中。所提出的方法将可能导致新的制造能力，以实现位置相关的性能或属性操纵。研究了原位热处理对NiTi印刷结构的热性能和力学性能的影响。通过三维有限元模拟和实验表征，对热循环、组织演变和力学性能进行了研究。采用低功率激光束将原位热处理仅定位于当前印刷层，从而依次促进逆包封反应和瞬时高固溶处理。原位热处理后，试样的差示扫描量热曲线上出现明显的相变峰，Ti 2Ni相体积减少约50%~70%，显微硬度降低约35 HV。
2022-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of alloying on the microstructure, phase stability, hardness and partitioning behavior of a new dual-superlattice nickel-based superalloy
最近报道了一种新型的y-y ′-y”双超晶格高温合金，该合金具有良好的高温力学性能。目前的工作采用最先进的化学和空间表征技术来研究系统添加的Mo，W和Fe和Nb和Al含量的变化对相分数，热稳定性，元素分配和机械性能的影响。合金是通过电弧熔炼，然后进行热处理而制成的。采用多尺度表征技术和硬度测试对复合材料的微观结构、热稳定性和力学性能进行了表征。然后通过热力学模型解释了这些性质或元素分配行为的变化。适度增加1.8 at.% Mo对微观结构和热稳定性有很强的影响：它使热处理期间的微观结构粗化最小化，同时不显著降低γ '固溶线温度。Nb减少0.6原子%，强烈地降低了y”体积分数，而不影响y“体积分数。减少的沉淀分数导致合金硬度的显著降低。添加Fe以实现更好的可加工性和降低材料成本，降低了γ ′固溶线温度，并在热处理期间引起快速的显微组织粗化，而不影响合金硬度。Al减少0.4原子%，降低了y'体积分数和y'固溶线温度，也不影响合金硬度。添加0.9at.% W降低了γ ′固溶线温度，但增加了两种沉淀物的体积分数。这些数据对于优化当前的合金设计和为未来的合金设计工作提供信息将是非常宝贵的。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
The dynamic evolution of swelling in nickel concentrated solid solution alloys through in situ property monitoring
从原子水平到微观尺度的缺陷和微观结构特征在材料的表现性质中起着决定性的作用。然而，对材料在环境刺激下演化的研究往往只将其性能与一个主要的微观结构特征相关联。在这里，动态演变的膨胀在一系列的镍基浓缩固溶体合金在高温辐照暴露下观察使用连续的，在原位测量的热弹性性能在散装标本。与传统的评估技术，仅占体积孔隙率确定使用电子显微镜，直接性能评估提供了一个综合的响应，在所有的缺陷长度尺度。特别是，在膨胀过程中的弹性性能的演变被发现显着依赖于整个尺寸谱的缺陷，从纳米到中尺度，其中一些是无法解析的成像。观察到的热输运性质的变化敏感地依赖于电子和晶格热导率的分区。这类新兴的原位实验直接测量相关条件下的综合性能，为材料动力学提供了独特的见解，否则使用传统方法无法获得。
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci
The creep deformation of a new nickel-base alloy-by-design studied using synchrotron X-ray diffraction
了解不同应力和温度下的蠕变机制和变形响应对于使用镍基高温合金进行高温应用设计至关重要。本文采用SEM、STEM、EBSD和同步辐射X射线衍射等方法对一种新设计的高温合金（Alloy 11）在不同应力和温度下的蠕变行为进行了系统的研究。通过考虑参考试样和蠕变试样的晶格参数和错配度、相体积分数、微观应变等性能，分析了材料性能和力学响应。观察到的蠕变样品的解孪晶和动态再结晶。变形材料的STEM表征表明，在蠕变样品中可以识别多种变形机制和缺陷，即在γ矩阵通道和γ '沉淀物中的位错，以及连续和孤立的堆垛层错。在狗骨形蠕变样品的中心观察到最高值的晶格失配，微观应变和晶格参数的变化。这与蠕变试验过程中的驼峰形温度分布曲线有关。在晶格参数，失配和微观应变方面检测到的显着的空间变化支持的结论是，重要的是进行空间分辨测量，而不是考虑每个样品作为一个单一的测量点时，调查蠕变响应。还值得注意的是，伽马和伽马素数相位的晶格参数分布的统计服从高斯分布。最后，讨论了这些发现的意义和对未来研究的启示。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnetically collected platinum/nickel alloy nanoparticles -- insight into low noble metal content catalysts for hydrogen evolution reaction
析氢反应（HER）是电化学分解水的关键过程。为了降低该过程的成本和环境影响，开发具有低含量或不含贵金属的电催化剂是非常有动机的。在这里，我们报告了一种新颖的和巧妙的合成混合PtxNi1-x电催化剂的形式的纳米粒子的项链结构命名为nanotrusses，具有非常低的贵金属含量。纳米桁架结构具有重要的特征，例如良好的导电性、高表面积、强的互连和基底粘附性，这使得具有优异的HER活性。具体而言，表现最好的Pt0.05Ni0.95样品在0.5 M H2SO4中的塔菲尔斜率为30 mV dec-1，在10 mA cm-2的电流密度下的过电位为20 mV，具有高稳定性。令人印象深刻的催化性能在理论研究中得到了进一步的合理化，该理论研究深入了解了这种小铂含量如何使氢的吸附能接近最佳的机制。
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Molten pool characteristics of a nickel-titanium shape memory alloy for directed energy deposition
镍钛记忆合金的增材制造具有制造灵活、成本低、可定制性强、缺陷少等优点，近年来受到越来越多的关注。定向能量沉积（DED）工艺参数对其熔池特性（几何形状、微观结构等）有着至关重要的影响，从而影响形状记忆效应和伪弹性的最终性质。在本文中，考虑传热，相变和流体流动的三维数值模型已被开发来模拟包层的几何形状，熔池深度，和沉积速率。实验和模拟结果表明，激光功率对熔池宽度和熔敷速率起决定性作用，而扫描速度和送粉速率对熔覆几何形状和熔敷速率影响较小。熔池中的流体速度对元素的分布有很大的影响。计算了温度梯度G、凝固速率R以及形状因子G/R，以阐明晶粒结构演化的内在机制。模拟结果与实验样品截面上的晶粒形貌分布吻合较好。该模型对沉积工艺的优化和晶粒结构的预测具有一定的指导意义。
2021-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Complementary Thermodynamic Mechanisms of Boron and Carbon Segregation at Grain Boundaries in Nickel Alloys
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Air Force Institute of Technology（空军理工学院）
通过混合蒙特卡罗分子动力学模拟，揭示硼和碳通过互补路径稳定Ni-Cr合金晶界：碳驱动饱和控制稳定并抑制结构转变，硼通过选择性机制降低界面巨势。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Design of a nickel-base superalloy using a neural network
Rolls-Royce plc（罗尔斯·罗伊斯公司）；Rolls-Royce UTC（罗尔斯·罗伊斯大学技术中心）；Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）
一种新的计算工具已经开发出来，用于建模，发现和优化同时满足多达11个物理标准的新合金。从预先存在的材料数据中训练人工神经网络，其能够预测作为组成和热处理程序的函数的单个材料特性，这允许其优化材料特性以搜索具有最可能超过目标标准的特性的材料。我们设计了一种新的多晶镍基高温合金，其具有成本、密度、γ '相含量和固溶线、相稳定性、疲劳寿命、屈服应力、极限拉伸强度、应力持久、抗氧化性和拉伸伸长率的最佳组合。实验数据表明，所提出的合金满足计算预测，具有多种物理性能，特别是抗氧化性和屈服应力，超过现有的市售合金。
2018-03-08 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Nanoscale structure formation in nickel-aluminum alloys synthesized far from equilibrium
本文研究了磁控溅射生长的Ni1-xAlx薄膜中随Al含量和退火温度变化的γ与γ'相纳米结构形成及硬度演化，证实高过饱和可有效创造非平衡相和自组织纳米结构。
2025-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Impact of gamma' particle coarsening on the critical resolved shear stress of nickel-base superalloys with low aluminium and/or titanium content
在具有低Al和/或Ti含量的Ni基高温合金中，在中间温度下γ '颗粒的沉淀和随后的粗化有助于合金的机械性能的劣化。本文通过对单个滑移刃型位错脱钉过程的统计分析，模拟了粗化过程，并计算了γ '粒子粗化引起的合金临界分辨剪应力的变化。发现γ硬化对973 K临界分解剪应力的贡献在不到一年的时间内减少到原来的一半以上。
2010-09-14 cond-mat.mtrl-sci
New vision of convection induced freckle formation theory in Nickel-based superalloys by electron microscopy
针对镍基高温合金雀斑缺陷形成机制缺乏实验证据的问题，通过电子显微镜研究四种合金雀斑链的晶粒微观结构与内应力-取向差关系，为热溶质对流理论提供新实验支撑，丰富了铸造缺陷研究方法。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study on the early-stage corrosion of a NiWNb alloy in a chloride salt environment
本文结合 Monte Carlo 相预测与第一性原理表面吸附计算，研究 Ni70W20Nb10 在氯环境中的早期溶解，揭示 Nb、W 对 Ni 耐蚀性的增强作用。
2025-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of chemical disorder on the electronic stopping of solid solution alloys
采用实时含时密度泛函理论，在较宽的速度范围内，详细研究了镍基等原子固溶体合金NiCr，NiFe和NiCo对质子和α射弹的电子阻止本领.最近开发的数值电子结构方法被用来探测电子-离子耦合的基本方面的非微扰，并在一个完全原子的上下文中，捕捉原子尺度的无序的效果。特殊的电子能带结构和态密度的影响反映在低速极限行为中。我们比较我们的合金与纯镍靶的结果，以了解合金化如何影响电子停止。我们发现，NiCo和NiFe有类似的停止行为，镍，而镍铬有一个渐进的停止能力，这是一个多的因素，两个大于其同行的速度低于0.1 a. u。我们表明，低速极限的电子阻止本领可以通过控制加宽的d-带通过化学无序来操纵。在这种情况下，布拉格的添加剂规则停止的复合材料也失败的镍铬。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Direct TEM observation and quantification of the Gibbs-Thomson effect in a nickel superalloy
吉布斯-汤普森效应是指界面对相变过程（如沉淀或凝固）的影响的总称。虽然注意力最经常集中在吉布斯-汤姆逊效应的形核，生长和粗化，本研究认为在原位TEM观察过程中的镍基高温合金中的沉淀溶解的逆过程。几个不同的群体的γ '沉淀物（初级，二级，三级和晶界）的存在允许由于颗粒大小的差异进行量化和解释。镍基高温合金和其他合金系统的热处理制度的选择产生了重要的影响。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Ground State in Fe$_{1-x}$Ni$_{x}$ Invar alloys
本文报道了Fe $_{1-x}$ Ni $_x$（x= 0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.9）合金的高分辨X射线光电子能谱学（XPS）研究。除了因瓦合金（x=0.4）外，合金的芯能级和俄歇转变没有表现出可观察到的温度引起的变化。因瓦合金在低于20 K的温度下表现出强烈依赖于核心水平的核心水平的变化。这种芯能级随温度的变化归因于自旋玻璃样相的沉淀低于20 K，只有在因瓦合金。Ni L $_3$ M $_{45}$ M $_{45}$的俄歇转变也支持这种沉淀。
2019-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Predictive modeling of solidification during laser additive manufacturing of nickel superalloys: Recent developments, future directions
与传统制造工艺相比，增材制造（AM）工艺生产的零件具有更好的物理、化学和机械性能。在AM工艺中，复杂的零件几何形状是由多组分合金粉末以逐层的方式通过多道激光熔化、固化和固态相变在较短的制造时间内以最小的表面精加工以合理的成本生产的。然而，越来越需要通过例如应力消除热处理和热等静压对制造的部件进行后处理，以始终实现均匀的微观结构和性能。AM工艺中的凝固控制晶粒的尺寸、形状和分布、生长形态、元素偏析和沉淀、随后的固态相变以及最终的材料性质。这个过程中的关键问题与多物理场（如流体流动和热量和质量的扩散）和多尺度（长度，时间和温度范围）的挑战有关，这些挑战是由于AM加工过程中局部快速加热和冷却而产生的。通过多尺度建模和模拟，将越来越好地理解合金化学-工艺-微观组织-性能-性能在这一过程中的相互关系。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Mixed ground state in Fe-Ni Invar alloys
通过对Fe $_{1-x}$ Ni $_x$合金（$x$ = 0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.9）电子结构的$x$射线光电子能谱（XPS）研究，探讨了因瓦合金的基态性质.当居里温度远高于室温时，所有合金都表现出软铁磁行为，而因瓦合金Fe $_{0.6}$ Ni $_{0.4}$表现出反常行为。此外，因瓦合金的磁阻变得非常负，而端部构件具有正磁阻。Invar合金的芯能谱在低于20 K时出现明显的新特征，而其它Fe-Ni合金的芯能谱在低于10 K时没有温度依赖性。有趣的是，与深芯能级（2 $s$，2 $p$）相比，因瓦合金的Fe和Ni的浅芯能级谱（3 $s$，3 $p$）在低温下显示出更强的偏离，表明晶场效应。看来，在低于20 K的温度下，在$α$相内的Fe上存在具有低磁矩（0.5 $μ_B$）的反铁磁$γ^\prime$相的大量沉淀。低温下负磁阻、反常磁化以及低温下芯能级出现的异常新特征的发现，为因瓦合金的基态存在混合相提供了证据。
2020-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The effect of surface preparation on high temperature oxidation of Ni, Cu and Ni-Cu alloy
本文研究了抛光、磨削和喷砂工艺对镍、铜及镍铜合金氧化行为的影响。表面粗糙度的测量有两种方法：接触式轮廓仪和分形分析。结果表明，喷砂工艺对表面粗糙度的影响最大，但也会使表面受到氧化铝颗粒的污染。氧化试验在热重炉中进行。所获得的质量增益图，SEM显微照片的横截面和SEM EDS分析的样品证明，表面制备改变氧化动力学形态的抛光和地面的样品并没有显着变化后，在研究的温度下氧化，但氧化层厚度和质量增益的差异进行了观察。氧化喷砂样品表明，增加的表面粗糙度和氧化铝侵入改变氧化过程中形成的混合Al（Ni，Cu或Ni-Cu）氧化物和单独的Al 2 O3颗粒是可见的。结果表明，表面预处理通过促进新的扩散机制影响样品的高温氧化。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solute-point defect interactions, coupled diffusion, and radiation induced segregation in fcc nickel
辐照诱导的溶质偏析（RIS）暴露于辐照的材料是一个众所周知的问题。它通过促进辐射引起的退化现象，如硬化和脆化，影响核反应堆堆芯部件的寿命。本文研究了面心立方Ni-X（X = Cr，Fe，Ti，Mn，Si，P）稀二元合金的RIS倾向。我们的目标是调查的驱动力和动力学机制背后的实验观察到的偏析。通过从头计算，点缺陷的稳定性和与溶质的相互作用，连同迁移能量和尝试频率确定。然后在平均场框架下计算了输运和扩散系数，以获得合金中溶质-缺陷动力学耦合的全貌。结果表明，所有考虑的溶质，除铬，更喜欢空位介导的热和辐射诱导的迁移过程中的扩散。Cr，另一方面，优先迁移的混合哑铃配置。P和Si在这里被示出为富集，并且Fe和Mn在材料的照射期间在汇处被耗尽。另一方面，Ti和Cr显示在较低温度下富集和在较高温度范围内贫化之间的交叉。在这项工作中的结果进行了比较与以前的研究体心立方（bcc）铁，并讨论了在奥氏体合金的RIS的上下文中。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The effects of high-temperature ion-irradiation on early-stage grain boundaries serrations formation in Ni-based alloys
本研究通过离子辐照实验发现，镍基合金在辐照下发生硬化，且Hastelloy X效应更显著，结构差异影响辐射过程，多余能量降低高温相形核温度，促进晶界锯齿形成。
2025-10-23 cond-mat.mtrl-sci
The effect of manganese and silicon additions on the corrosion resistance of a polycrystalline nickel-based superalloy
镍高温合金的使用寿命通常受到环境退化的限制。本研究比较了多晶高温合金的三种变体在750 ℃下的氧化、硫化和热腐蚀：基线合金、含有1wt% Mn的变体和含有0.5wt% Si的变体。Mn降低了氧化速率而不改变氧化膜的形貌。形成的MnCr 2 O 4氧化皮被证明对硫化和热腐蚀具有更好的保护作用，但内部硫化物延长了损伤深度。Si改性的氧化物的形态连续的Cr2 O3-Al 2 O3双层。这提供了改进的保护，使硫化深度减少2/3，热腐蚀深度减少1/2。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic Cluster Expansion model for random and ordered magnetic face-centered cubic Fe-Ni-Cr alloys
利用涵盖二元和三元合金组态的DFT数据，建立了三元面心立方Fe-Ni-Cr合金的磁团簇展开（MCE）模型。使用此MCE模型哈密顿量，我们进行蒙特卡罗模拟，并探讨在整个范围内的合金成分的合金的磁结构，考虑随机和有序的合金结构。在无规合金中，磁共线约束的去除减少了总磁矩，但不影响合金采用低温铁磁配置的组合物的预测范围。在有序fcc Fe-Ni化合物与Cr合金化过程中，Cr原子倾向于取代Ni而不是Fe原子。在具有高铁含量的合金中用Cr替代Ni提高了合金的居里温度。这可以通过强反铁磁Fe-Cr耦合来解释，类似于在bcc Fe-Cr溶液中发现的，其中居里温度增加，通过模拟预测为Cr浓度的函数，通过实验观察证实。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of hydrogen diffusion in polycrystalline Nickel
Ansys UK Ltd（安斯英国有限公司）；Ansys Inc（安斯公司）
本研究通过多尺度建模方法，利用第一性原理计算和动力学蒙特卡洛模拟，研究多晶镍中氢的扩散行为，揭示晶界对扩散系数的影响。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Irradiation effects in the Ni-17Mo-7Cr alloy bombarded with MeV Au ions
用3 MeV金离子在dpa数为1~ 30的不同注量下，系统地研究了熔盐堆结构材料Ni-17 Mo-7 Cr合金的辐照效应。GIXRD测量表明，随着dpa从1增加到30，辐照样品的微应变从0.14%增加到0.22%。同时，纳米压痕结果表明，Ni-17 Mo-7 Cr合金在dpa为30时经历了先硬化后软化的过程。发现Ni-17 Mo-7 Cr合金在30 dpa时的溶胀率约为1.3%，这意味着每dpa仅为0.04%。此外，拉曼光谱表明，在金离子辐照后，碳偏析。研究结果对理解镍基合金的辐照损伤，特别是对未来MSR核能系统中镍基合金的辐照损伤有重要意义。
2014-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of passive film behavior on mechanically polished NiTi shape memory alloy during forward martensitic transformation
研究了镍钛（NiTi）记忆合金在40 ~ 0 ℃马氏体正相变过程中的腐蚀性能。用差示扫描量热法测定了马氏体的正相变温度和逆相变温度。NiTi从80 ℃冷却到接近室温时出现马氏体相。在相变过程中，腐蚀行为的变化由电化学开路电位（OCP）监测。采用循环动电位极化法对NiTi腐蚀产物进行了鉴定。根据腐蚀电流密度与温度倒数之间的Arrhenius关系，计算了从极化数据中提取的各温度下的腐蚀速率以及马氏体和奥氏体相的腐蚀反应活化能。
2018-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of short-range magnetic correlations in ferromagnetic Ni-V alloys
利用小角中子散射（SANS）实验研究了接近铁磁量子临界点的二元合金中磁关联的发展。在与钒合金化巡游铁磁体镍时，铁磁有序被连续抑制。当钒浓度达到临界值xc=0.116时，临界温度Tc消失，表明铁磁相和顺磁相分离的量子临界点。早期的磁化强度和$μ$ SR数据表明Ni（1-x）V（x）中存在磁不均匀性，特别是识别出在顺磁性和铁磁性侧具有非平凡动力学性质的接近xc的磁性团簇[R. Wang等人，物理修订版信函118，267202（2017）]。本文介绍了对多晶Ni（1-x）V（x）（x=0.10和x=0.11）样品的SANS研究结果，这些样品的临界温度低于50 K。对于这两个Ni-V样品接近xc，我们发现各向同性的磁性短程相关性在纳米尺度持续在低温下。在较高的磁场中，它们逐渐受到抑制。此外，在低于Tc的温度下存在长程有序磁畴的特征。嵌入在铁磁有序相的这些磁性团簇的分数增长向xc和同意以及从磁化和$μ$ SR数据的簇分数估计。我们的SANS研究提供了新的见解的性质，在铁磁合金接近量子临界点的不均匀性。
2023-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On the miscibility gap of Cu-Ni system
半个世纪以来，Cu-Ni系统中可熔性间隙的存在一直是计算和实验讨论中的一个问题[Chakrabarti等人，二元镍合金的相图，ASM，1991年]。在这里，我们提出了一个新的Cu-Ni系统的纳米层状薄膜的次级中性质谱测量间隙。在Cu50%Ni50%时，对称磁化曲线的最大值出现在800~K附近。据我们所知，这是第一次通过测量整个组成范围内铜和镍的原子分数来确定结晶度的实验。毋庸置疑，镍、铜及其合金在各个领域都很重要，因此这一结果影响了对材料科学不同领域的理解。
2016-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Crack Growth Behavior in NiTi Shape Memory Alloys Under Mode-I Isothermal Loading: Effect of Stress State
采用有限元分析方法研究了镍钛记忆合金在Ⅰ型等温载荷作用下的断裂行为。在Abaqus有限元软件中对紧凑拉伸（CT）形状记忆合金试件进行了模拟，研究了平面应变和平面应力条件下位移边界条件下的裂纹扩展。SMA材料的本构关系的参数在有限元设置中实现的近等原子NiTi形状记忆合金进行的表征试验获得。虚拟裂纹闭合技术（VCCT）的实施，其中裂纹被假定为扩展时，在裂纹尖端的能量释放率变得等于实验获得的材料特定的临界值。分析了平面应变和平面应力情况下裂纹尖端的载荷-位移曲线和力学场。此外，相对于抗裂性R-曲线计算使用平面应变和平面应力条件下的荷载-位移响应的讨论。
2018-12-06 cond-mat.mtrl-sci
A common magnetic origin for the Invar effects in fcc iron-based ferromagnets
使用第一性原理计算，结合伊辛磁性，我们进行了理论研究，以阐明实验观察到的因瓦效应在无序fcc铁基铁磁体的起源。首先，我们证明了我们的理论可以解释铁镍合金中的因瓦效应，这些异常是由磁对平均自由能的贡献驱动的。其次，我们提出的证据表明，热膨胀和磁性之间的关系是基本相同的，在所有的研究合金，包括那些显示的因瓦合金效应和那些不。因此，我们认为磁性在决定一个系统是否表现出正常的热膨胀、因瓦效应或其他方面起着至关重要的作用。关键的决定因素是最近邻铁原子的局部磁矩的相对取向随着系统被加热而波动的速率。
2010-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chemical ordering and composition fluctuations at the (001) surface of the Fe-Ni Invar alloy
本文采用第一性原理计算和低温STM实验相结合的方法对（001）面心立方Fe-Ni合金表面进行了研究。密度泛函理论计算表明，Fe-Ni合金表面发生屈曲，Fe原子略微向外移动，Ni原子向内移动。这与表面层中的原子可以在STM图像中进行化学区分的观察结果一致：较亮的斑点（表观高度增加的最大值）表示铁原子，较暗的是镍原子。这种化学对比揭示了c2 x2化学顺序（50%Fe）与频繁富铁缺陷的因瓦合金表面。计算还表明，表面下的成分波动可能会另外调制表面原子的表观高度。STM图像表明，这种效果是明显的相比，其他无序合金的表面，这表明，一些化学秩序和相应的浓度波动也存在于因瓦合金的亚表面层。此外，详细的电子结构计算使我们能够确定在隧道光谱中观察到的费米能级以下的一个独特的峰的性质。该峰对应于表面共振带，该表面共振带在富铁表面区域中特别明显，并且提供具有较小空间分辨率的第二类型的化学对比度，但是该第二类型的化学对比度基本上独立于表面下组成。
2006-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Physics-Based Machine-Learning Approach for Modeling the Temperature-Dependent Yield Strengths of Medium- or High-Entropy Alloys
机器学习正在成为预测结构材料温度相关屈服强度（YS）的有力工具，特别是对于多主元系统。然而，成功的机器学习预测取决于使用合理的机器学习模型。在这里，我们提出了一个全面的和最新的概述双线性对数模型预测温度依赖的YS中熵或高熵合金（MEA或HEAs）。在该模型中，一个转折温度，Tbreak，这可以指导设计的MEA或HEAs具有吸引力的高温性能。与假设黑盒结构不同，我们的模型是基于基础物理学，以先验信息的形式合并。采用全局优化的技术，使模型参数在低温和高温制度的并行优化，显示出的断裂温度是一致的跨YS和极限强度的各种HEA组合物。MEA/HEAs的YS与镍基高温合金的YS之间的高水平比较揭示了所选耐火HEAs的优异强度特性。为了可靠的操作，由耐火合金制成的结构部件（例如涡轮叶片）的温度可能需要保持低于Tbreak。一旦高于Tbreak，相变可能开始发生，并且合金可能开始失去结构完整性。
2022-07-11 cond-mat.mtrl-sci
"Cold Melting" of Invar Alloys
在因瓦合金中，异常强的体积磁致伸缩可能导致在低温下位错自由能变为负值并且多代位错成为可能的情况。该生成引起从FCC结晶到非晶态的一级相变，并且可以被称为“冷熔融”。在因瓦合金中冷熔化的可能性与这样一个事实有关，即与传统的铁磁体相比，因瓦合金中的位错自能的交换能贡献强烈增强，这是由于非常强的体积磁致伸缩。可以观察到这种效应的可能的候选者是FePt无序因瓦合金，其中体积磁致伸缩特别大。
2000-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the effects of nickel on Earth's inner-core nucleation
Xiamen University（厦门大学）
本研究通过原子级模拟量化镍对地球内地核成核的影响，发现Fe80Ni20中bcc相成核在约250K过冷度下即可发生，镍富集、bcc相成核及化学异质性可缩小内地核成核悖论。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Magnetoelectric Effects in Ferromagnetic Metal-Piezoelectric Oxide Layered Structures
研究了铁磁合金和压电陶瓷锆钛酸铅（PZT）三层膜中磁电耦合的频率特性。研究的铁磁相包括坡门杜尔，一种具有高磁致伸缩的软磁体，铁，镍和钴。低频数据的ME电压系数与偏置磁场表明强耦合只有三层与permendure或镍。ME电压的频率依赖性的测量揭示了一个巨大的机电耦合在机电谐振。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。在共振时的最大电压系数为90 V/cm Oe的测量样品与镍或permendure，是三个数量级高于低频值。
2004-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Synergetic enhancement of power factor and suppression of lattice thermal conductivity via electronic structure modification and nanostructuring on Ni and B co-doped p-type Si-Ge alloy
为了同时实现高功率因数和低晶格热导率的硅锗基热电材料，我们采用，在这项研究中，建设性地修改电子结构附近的化学势和纳米结构的低温和高压烧结纳米晶体粉末。掺杂镍以在价带边缘附近产生杂质态，用于提高功率因数，掺杂硼以调节载流子浓度。采用机械合金化和低温高压烧结工艺制备了名义成分为Si_（0.65-x）Ge_（0.32）Ni_（0.03）B_x（x = 0.01，0.02，0.03和0.04）的纳米结构样品。塞贝克系数达到321 μVK-1，电阻率为4.49 mΩcm，在1000 K时功率因数达到2.3 Wm-1 K-2。在1000 K时，Si_（0.65-x）Ge_（0.32）Ni_（0.03）B_（0.03）的热导率降低到1.47 W_m ~（-1）K ~（-1），ZT值达到1.56
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Exchange Mediated Interaction of Dislocations and Deformation Hardening of Invar Alloys
我们提出了一个解释中观察到的异常行为的变形硬化的因瓦。一个非常强的体积磁致伸缩，典型的因瓦，结果在增强的交换贡献的能量的位错系统的约三个数量级的相对于其在传统的铁磁性的值。在因瓦合金中，单个位错的自能和它们之间的相互作用（通常仅由弹性形变决定）都被交换能的贡献大大削弱。这一事实解释了在第二阶段的变形硬化率的强烈抑制，以及其强烈的温度和内容的依赖性在因瓦。
2000-12-04 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Theory of the Pressure Induced Invar Effect in FeNi Alloys
本文通过超胞计算和非共线磁态模型，研究了FeNi合金的压力诱导Invar效应，发现状态方程异常与磁转变吻合，揭示了磁熵增加导致低热膨胀的机制。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural properties of Fe-Ni/Cu/Fe-Ni trilayers on Si (100)
采用超高真空直流磁控溅射技术，以高纯Fe、Ni和Cu为原料，Cu层厚度分别为4、6和8 nm，研究了室温下在Si~（100）~+上沉积的Fe $_{1-x}$ Ni $_x$ /Cu/Fe $_{1-x}$ Ni $_x$（$x=0.5$，non Invar和$x=0.36$，Invar）三层合金的结构特性。用x射线衍射仪研究了三层合金膜的结构，用x射线反射率测量了三层合金膜的厚度和粗糙度。所制备的和退火的三层膜都表现出层状结构。在非因瓦合金三层膜中，沉积态的Fe-Ni合金只有fcc结构，而在因瓦合金中，沉积态的Fe-Ni合金为fcc和bcc的混合相。有趣的是，在超高真空中在425 $^0$ C退火后，对于所有Cu厚度，Invar合金完全转变为fcc结构。在因瓦和非因瓦三层膜中，退火后对应于Fe-Ni合金层的布拉格反射变得尖锐。用Fe和Ni原子在高温下的增强扩散解释了因瓦三层中的诱导结构转变。
2020-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of point defects in NiTi-based alloys
温度或应力状态的变化可在接近化学计量的镍钛（NiTi）合金中诱导可逆的B2 $\leftrightarrow$（R）$\leftrightarrow$ B19'马氏体转变和相关的形状记忆效应。近年来的实验研究证实富氢时效气氛对随后的B2奥氏体$\leftrightarrow$ B19'马氏体转变路径有相当大的影响，本文采用密度泛函理论研究了Ar、He和H元素在B2奥氏体和B19'马氏体中的性质。我们发现，H的形成能为负，而Ar和He的形成能为正值。我们对具有奥氏体B2结构的略微富Ni的Ni-Ti合金的理论分析表明，在51- $52\,\text{at.%}$范围内的略微过化学计量的富Ni成分在能量上是有利的。对于H含量高达$\approx6\,\text{at.%}$的H掺杂的NiTi，同样的结论成立。与实验数据一致，我们预测H原子通过改变NiTi的高温立方B2和低温单斜B19'相的相互热力学稳定性对NiTi中的马氏体相变产生强烈影响。预测氢原子形成稳定的间隙缺陷。由于He和Ar的情况并非如此，因此在退火实验中可以使用氢气和两种惰性气体的混合物，以在各种气氛下研究NiTi中的马氏体转变时控制H分压。
2014-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio prediction of the mechanical properties of alloys: The case of Ni/Mn-doped ferromagnetic Fe
采用第一性原理合金理论，结合精确的Muffin-tin轨道方法和相干势近似，研究了铁磁体心立方（bcc）Fe $_{1-x}$ M $_x$合金（M=Mn或Ni，$0\le x \le 0.1$）的力学性能.我们考虑几个物理参数访问\emph{ab initio}计算和它们的组合在各种唯象模型比较Mn和Ni的Fe的性能的影响。合金化轻微改变晶格参数，对弹性模量产生显著影响。Mn和Ni都分别降低了与$\{110\}$表面小面和$\{110\}\langle111\rangle$滑移系相关的表面能和不稳定堆垛层错能。发现镍比锰对平面缺陷能量产生更大的影响。Rice和Pugh的半经验延展性准则一致地预测Ni增强Fe的延展性，但在Mn掺杂的情况下给出矛盾的结果。讨论了这两个标准之间的差异的起源，并提出了基于理论解理强度和单晶剪切模量$G\{110\}\langle111\rangle$的韧脆行为的替代措施。
2015-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Stacking-Fault Energy and Anti-Invar Effect in FeMn Alloys
基于最新的密度泛函理论方法，我们计算了顺磁随机Fe-22.5at.% Mn合金在300-800 K之间。我们估计磁热激发考虑纵向自旋涨落。我们的研究结果表明，磁激发和热晶格膨胀之间的相互作用是决定反因瓦效应，hcp-fcc转变温度，和层错能，这是在很好的协议与测量的主要因素。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mo-Si-B alloys for ultra-high temperature space and ground applications: liquid assisted fabrication under various temperature and time conditions
硼掺杂的硅化钼已经被认为是空间和地面超高温应用的有吸引力的候选者，远远超出了最先进的镍基高温合金的限制。在这项工作中，我们正在探索一种新的方法来制造Mo-Si-B合金（作为涂层或小块体部件），通过利用无压反应熔体渗透方法。这种方法的基本假设是通过Si-B熔体与钼的直接相互作用合成二元和/或三元和复杂的金属间相（硅化物、硼化物、硼硅化物）。本工作的主要目的，是研究Si-B熔体相互作用的温度和时间对所形成的反应产物的结构和形貌的影响。为此目的，在1385-1550°C之间变化的温度和10至30分钟之间的保持时间下，对共晶Si-3.2B（重量%）合金/Mo对进行座滴实验。固化的固着滴夫妇进行了微观结构表征，通过光学显微镜和扫描电子显微镜分析在“顶视图”和横截面接口。通过TEM/SAED和XRD技术鉴定了相互作用区内形成的相。结果表明，随着Si-B熔体与Mo基体相互作用温度的升高和时间的延长，主产物层（MoSi_2 + Mo_5Si_3）和富硼中间层的厚度均增加。
2022-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of dislocation mobility in Al, Ni and Al/Mg alloys
用分子动力学模拟方法研究了纯铝和镍中刃位错和螺位错以及Al-2.5%Mg和Al-5.0%Mg无规置换合金中刃位错的位错速度和迁移率。在纯材料中，所有位错的速度与（外加应力）/（温度）的比值在低速度接近线性，与声子拖曳模型一致，并获得定量协议与实验的流动性在Al。在较高的速度，观察到不同的行为。刃型位错速度仍然只依赖于（施加的应力）/（温度）高达约1.0 MPa/K，并接近一个平台速度，低于最小的“禁止”的速度预测的连续模型。相比之下，以上的最小的连续波速度的一半左右的速度，螺旋位错阻尼的贡献仅依赖于应力与Eshelby的辐射阻尼模型预测的功能形式接近。在最高的施加应力，有几个政权的近恒定（跨音速或超音速）的速度被禁止的速度附近的速度差距，各种模式的位错解体和失稳也遇到了在这个政权。在合金系统中，有一个温度和浓度依赖的钉扎制度的速度急剧下降到纯金属速度以下。在钉扎区以上但在中等应力下，速度在（施加应力）/（温度）中再次是线性的，但具有比纯金属中更低的迁移率。
2004-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Lattice distortion tuning resistivity invar effect in high entropy alloys
本研究利用Kubo-Greenwood公式结合第一性原理分子动力学模拟，揭示高熵合金中晶格畸变调控电阻率因瓦效应的机制，为高精度传感器材料设计提供理论依据。
2025-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Non-linear jog-dragging effect on the mobility law of edge dislocations in face-centered cubic nickel
本研究通过分子动力学模拟，提出一种三段式运动率模型，描述FCC镍中带扭折刃位错的非线性热激活拖拽效应，为位错动力学模拟提供物理上可解释的参数化方法。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
