Precipitation kinetics of Al3Zr and Al3Sc in aluminum alloys modeled with cluster dynamics
用团簇动力学方法研究了Al3Zr和Al3Sc在铝过饱和固溶体中的沉淀动力学，团簇动力学是一种介观模拟技术，它用一组速率方程描述了均匀沉淀的各个阶段。所需的唯一参数是界面自由能和扩散系数，它们是从以前开发的研究相同合金的原子模型推导出来的。与动力学蒙特卡罗模拟的空位扩散机制的基础上的比较表明，集群动力学正确预测的沉淀动力学提供了一个大小依赖的界面自由能被使用。它还设法合理地再现现有的实验数据。
2005-03-21 cond-mat.mtrl-sci
A multidisciplinary approach to study precipitation kinetics and hardening in an Al-4Cu (wt. %) alloy
提出了一种多学科方法来分析模型Al-Cu合金中的沉淀过程。尽管这个主题在过去已经得到了广泛的研究，但大多数研究都集中在透射电子显微镜或过程的热分析上。然而，从这些技术中获得的信息不能提供过饱和固溶体分解过程中发生的所有复杂转变的连贯画面。热分析，高分辨率衍射仪，（高分辨率）透射电子显微镜和密度泛函计算相结合，研究沉淀动力学，界面能，和第二相沉淀对合金的机械强度的影响。首次报道了θ"/Al界面的共格和半共格取向数据。不同的表征和建模技术的组合提供了在老化过程中发生的沉淀现象和对合金强度的不同贡献的详细描述。该策略可用于分析和设计更复杂的合金。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale pathway of early-stage precipitation in Al-Mg-Si alloys
时效硬化合金的强化主要通过纳米级沉淀物实现，其从原子级溶质富集实体的形成路径很少以可直接验证的方式进行分析和理解。在这里，我们发现了Al-Mg-Si合金早期沉淀的途径：溶质聚集导致FCC簇的三个连续变体，然后形成非FCC $GP$ - $zones$。最初呈现球形形态（$C1$）的簇演变成细长簇，并在$\{111\}_{Al}$（$C2$）上定向，随后在$\{100\}_{Al}$平面和$<$ $100$ $>_{Al}$方向（$C3$）上定向。我们还分析了淬火位错与聚集现象的关联。这项工作的结果可以打开一个新的前沿，在推进合金工艺性能设计的商业重要的时效硬化铝合金。
2014-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Studies of concentration and temperature dependencies of precipitation kinetics in iron-copper alloys using kinetic monte carlo and stochastic statistical simulations
采用从头算模型和动力学蒙特卡罗方法（KMCM）模拟了不同铜浓度x和温度T下铁铜合金中的沉淀过程。同样的模拟也使用早期建议的随机统计方法（SSM）的改进版本。所得结果使我们能够对Fe-Cu合金的分解动力学对x和T的依赖性作出一些一般性的结论。我们还表明，SSM描述的沉淀动力学在一个公平的协议与KMCM，并采用SSM与KMCM使我们能够延长KMC模拟的演化时间较长。在模拟的统计误差和实验结果的分散性范围内，模拟结果似乎与Fe-Cu合金的实验数据一致。模拟结果与实验的比较，一些多组分Fe-Cu基合金，使我们能够在这些合金中的合金元素的影响，在不同阶段的演变沉淀动力学的某些结论。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
CALPHAD-informed phase-field modeling of grain boundary microchemistry and precipitation in Al-Zn-Mg-Cu alloys
高强度Al-Zn-Mg-Cu合金的晶界微化学和析出行为对其力学性能和电化学性能有重要影响。模拟GB偏析，沉淀和溶质在这些合金中的分布，需要准确描述这个多组分系统的热力学和动力学。CALPHAD数据库已经成功地开发用于复杂多组分体系的平衡热力学计算，近年来已经与扩散模拟相结合。在这项工作中，我们已经直接将一个CALPHAD数据库相场框架，模拟，高保真，复杂的动力学的非平衡GB微观结构，在这些重要的商业合金在热处理过程中发展。特别是，GB溶质偏析的影响，GB扩散，沉淀物的数量密度，和远场矩阵的组成，对GB沉淀物的人口的增长，系统地研究了在模型Al-Zn-Mg-Cu合金的AA 7050附近的组合物。模拟结果进行了比较，扫描透射电子显微镜和原子探针断层扫描表征的合金相似的组成，具有良好的协议。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Complex Precipitation Pathways in Multi-Component Alloys
强化金属的一种常用方法是添加合金元素并控制所获得沉淀物的尺寸和密度。然而，多组分合金中的沉淀可以采取复杂的途径，这取决于溶质原子的相对扩散率和所涉及的相对驱动力。在Al-Zr-Sc合金中，基于第一原理计算的原子模拟结合在不同尺度下工作的各种互补实验方法揭示了沉淀物的强烈不均匀结构：由于Sc在固溶体中的扩散率比Zr快得多，并且由于在沉淀物内部没有Zr和Sc的扩散，沉淀物核心主要是富Sc的，而外壳富Zr。这解释了先前观察到的Al-Zr-Sc合金与二元Al-Sc合金相比具有增强的成核速率，以及更高的奥斯特瓦尔德熟化抗性，这两个特征在轻质高强度材料领域中是最重要的。
2006-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Extended spin model in atomistic simulations of alloys
本文提出了一个适用于研究合金有限温度磁性的扩展原子自旋模型。该模型是通过扩展海森堡哈密顿量通过参数化从第一原理的基础上，从低温铁磁和高温顺磁参考状态插值。这使我们能够处理不同程度的巡回性质的模型内的磁系统。在居里温度和顺磁性质方面，与以前的理论研究和实验结果都取得了令人满意的一致。所提出的模型不仅限于元素，但也适用于二元合金，如技术上重要的材料坡莫合金，其中显着差异，在有限的磁性Fe和Ni的磁矩被发现。所提出的模型力求找到正确的准确性和计算的准确性建模，即使是复杂的磁性合金和化合物的可行性之间的妥协。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Precipitation in Al-Zr-Sc alloys: a comparison between kinetic Monte Carlo, cluster dynamics and classical nucleation theory
Zr和Sc在铝合金中析出形成Al 3 ZrxSc 1-x化合物，在低过饱和度下，该化合物具有L12结构。本研究的目的是在原子尺度上模拟沉淀的动力学，并建立介观模型，以扩大范围的过饱和度和退火时间，可以模拟到实际感兴趣的值。为此，我们利用从头计算和实验数据拟合了描述Al-Zr-Sc体系热力学的Ising型模型。采用基于原子-空位交换机制的动力学Monte Carlo算法研究了沉淀动力学。集团动力学模型，然后在介观尺度上的所有不同阶段的均匀沉淀在两个二元Al-Zr和Al-Sc合金。这种技术正确地管理，以再现动力学蒙特卡罗模拟的降水动力学以及实验观察。对成核阶段的研究表明，只要考虑体系的短程有序趋势，经典理论就能很好地适用。这使我们能够提出一个扩展的三元Al-Zr-Sc合金的经典形核理论。
2005-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Precipitation and Surface Complexation during Mn(II) Removal by Biochar via Experiments and Atomistic Simulations
研究通过实验和原子模拟揭示生物炭去除Mn(II)的机制，发现高温生物炭通过碱性沉淀和表面络合去除Mn(II)，为设计可持续水净化生物炭提供理论依据。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
The impact of alloying elements on the precipitation stability and kinetics in iron based alloys: An atomistic study
本研究通过DFT计算与动力学蒙特卡罗模拟，探究合金元素对铁基合金析出相的影响，发现Mn、Ni及微量P、Si可显著延缓析出动力学，Si对混合团簇形成至关重要。
2025-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Solid solution and precipitation strengthening effects in basal slip, extension twinning and pyramidal slip in Mg-Zn alloys
提出了一种高通量的方法，基于扩散偶和先进的纳米力学测试方法的组合，直接测量合金化对镁合金中各个变形模式的临界分辨剪切应力（CRSS）的影响。该方法在Mg-Zn合金中进行了测试，通过评估合金化效果，直到Zn含量为2at.%，在两种冶金状态下，即淬火态和峰时效态，Zn溶质原子在固溶体中均匀分散，Zn原子形成棒状$MgZn_{2}$析出相。一个综合的方法，包括微观力学测试，透射菊池衍射，和高分辨率透射电子显微镜进行，以揭示相应的变形机制。结果表明，$MgZn_{2}$沉淀对基体滑移和拉伸孪晶的CRSS增强作用明显大于Zn固溶体的作用，而对锥体滑移的增强作用在两种情况下是相似的。结果表明，固溶强化Mg-Zn合金的各向异性比保持较高，与纯Mg相似。然而，它们在沉淀强化Mg-Zn合金中显著减少。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation during high temperature aging of Al-Cu alloys: a multiscale analysis based on first principles calculations
将经典形核理论和相场模拟方法结合起来，建立了基于热力学原理的多尺度模拟方法，分析了Al-Cu合金高温时效过程中的析出行为。特别地，$θ''$、$θ'$和$θ$沉淀物的热稳定性从亥姆霍兹自由能的第一性原理计算来评估，而$θ''$和$θ'$的均质和非均质成核使用经典成核理论来分析。最后用介观相场模型计算了晶体生长。通过第一性原理计算和计算热力学得到的模型参数，定量地确定每个转变的驱动力。模型的预测结果与实验结果吻合良好，并提供了一个全面的了解在Al-Cu合金的沉淀途径。据设想，在这项调查中提出的策略可以在未来使用的基础上，从第一性原理计算获得的不同的能量贡献的信息来设计最佳的微结构。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating precipitation-related effects on plastic anisotropy of age-hardenable aluminium alloys into crystal plasticity constitutive models
提出一种通过修改硬化法则将沉淀效应纳入晶体塑性本构模型的新方法，显著提升了AA6014-T4铝合金塑性各向异性的预测精度。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modelling of precipitation hardening in Al-Cu alloys: dislocation dynamics simulations and experimental validation
采用离散位错动力学模拟方法分析了含有均匀弥散分布$θ'$析出相的Al-Cu合金中位错/析出相相互作用的机制。模拟是在离散-连续方法的框架内进行的，并且沉淀物被假设为位错不可穿透。确定的位错/沉淀物的相互作用（弹性失配，无应力转变应变，位错迁移率和交叉滑移率）的主要参数，从原子模拟，而沉淀物的尺寸，形状，空间分布和体积分数从透射电子显微镜获得。预测的临界分解剪切应力（包括固溶体的贡献）是一致的实验结果，通过压缩试验获得的微柱的Al-Cu合金取向为单滑移。模拟结果表明，合金的沉淀硬化最重要的贡献是由无应力相变应变，其次是固溶硬化和Orowan机制，由于弓出周围的沉淀位错。
2020-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of crystal structure and precipitation crystallography of a new MgxAl2-xGd phase in Mg97Al1Gd2 alloy
一个新发现的沉淀物的组成，晶体结构和沉淀晶体学的特征在于由铯校正的扫描透射电子显微镜（STEM）。片状沉淀物的组成为MgxAl 2-xGd（x = 0.38），其晶体结构与面心立方结构的Mg 2 Gd和Al 2 Gd相同，晶格常数为7.92埃（空间群No.227，Fd-3 m）。基体与析出相之间的取向关系为（0001）m //（111）p和[10-10]m // [1-10]p，惯习面平行于（0001）m //（111）p面。此外，这种相变的择优晶体学很好地解释了基于界面中的原子匹配。
2016-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Segregation, ordering, and precipitation in WTaV-based concentrated refractory alloys
本研究开发了W-Ta-Cr-V体系的机器学习势，通过混合蒙特卡洛分子动力学模拟和原子探针实验，揭示了WTaCrV中CrV析出物形成半共格界面的机制，为难熔合金设计提供指导。
2025-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Studies of homogeneous precipitation in very dilute iron-coper alloys using kinetic Monte Carlo simulations and statistical theory of nucleation
电子辐照下Fe_{1-x} Cu_x合金中Cu沉淀的均匀形核和生长动力学至0.4原子%温度T从290 ℃到450 ℃，采用动力学Monte Carlo（KMC）模拟和成核统计理论（STT）进行了研究。采用了电子辐照和热时效析出机制相似的传统假设。早期开发的从头计算模型在Fe-Cu合金的相互作用被用于两个KMC模拟和TMF计算。计算了不同浓度和温度下Zeldovich-Volmer成核速率关系式中的成核势垒F_c和前因子J_0的值。对于x小于0.2%的稀合金，KMC和KMC计算的形核势垒F_c值基本一致，这表明KMC计算的可靠性很高。的计算也被用来估计温度的依赖关系的浓度对应的均匀或非均匀的沉淀限制和两个依赖关系被发现是相当尖锐的。
2013-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ductility mechanisms in complex concentrated refractory alloys from atomistic fracture simulations
通过原子尺度断裂模拟，发现复杂浓缩难熔合金的延性受成分复杂性影响，NbMoTaW促进位错成核，Nb45Ta25Ti15Hf15通过位错积累提高抗裂性。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
A nexus between 3D atomistic data hybrids derived from atom probe microscopy and computational materials science: a new analysis of solute clustering in Al-alloys
溶质团簇影响合金的物理性质。溶质团簇的原子结构的知识是材料优化的先决条件。在这项研究中，溶质团簇在快速硬化Al-Cu-Mg合金的特征在于由原子探针层析成像和密度泛函理论的组合，利用混合数据类型，结合晶格整流和数据完成直接输入实验数据到原子模拟。原子模拟的集群输入，从而观察实验，减少可能的配置的数量。我们的研究结果表明，球形，紧凑的集群是更积极有利的，更丰富。
2017-01-09 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
General-Purpose Machine-Learned Potential for CrCoNi Alloys Enabling Large-Scale Atomistic Simulations with First-Principles Accuracy
Aalto University（阿尔托大学）；NOMATEN Centre of Excellence, National Center for Nuclear Research（国家核研究中心卓越中心）
本文提出一种通用机器学习势能模型，用于CrCoNi合金，实现高精度大尺度原子模拟，准确预测相变和力学性能。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
3D Deep Learning with voxelized atomic configurations for modeling atomistic potentials in complex solid-solution alloys
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Lehigh University（里海大学）
对新材料的需求导致了复杂的多组分合金或固溶体合金的发展。这些材料显示出优异的性能，如强度，韧性，延展性，电气和电子性能。目前这种材料系统的发展受到昂贵的实验和计算要求高的第一原理模拟的阻碍。原子模拟可以提供合理的见解，在这样的材料系统的属性。然而，仍然存在设计鲁棒电位的问题。在本文中，我们探索了一种基于深度卷积神经网络的方法来开发这种复杂合金的原子势，以研究材料的控制特性。在目前的工作中，我们提出了一个细胞的原子配置的体素表示，并设计了一个3D卷积神经网络来学习原子的相互作用。我们的研究结果突出了3D卷积神经网络的性能及其在机器学习原子势方面的功效。我们还探讨了体素分辨率的作用，并提供见解的两个边界框方法体素化实现。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Influence of thermomechanical loads on the energetics of precipitation in magnesium aluminum alloys
本文采用第一性原理计算研究了热机械载荷对镁铝合金析出过程的影响。利用密度泛函理论模拟，我们提出了镁铝二元固溶体的能量作为浓度，应变和温度的函数的表达式。此外，从这些计算中，我们观察到随着镁浓度的增加，平衡体积（以及因此平衡晶格常数）增加。我们还观察到随着浓度的增加，溶液的内聚能增加，也提出了它们对应变的依赖性。计算还表明，流体静压对$β$相溶液的生成焓有很大影响，而对$α$相溶液的生成焓没有影响。我们提出了一个表达式的自由能的任何镁铝固溶体，考虑到应变和温度的贡献。我们注意到，这些表达式可以作为输入到镁铝合金的工艺模型。我们使用这些表达式来报告应变和温度对Mg-Al合金的溶解极限和平衡化学势的影响。最后，我们报告的热机械载荷对沉淀物的生长的影响，我们观察到沿$c$轴的压缩应变促进生长，而沿$a$和$b$方向的应变不影响沉淀物的生长。
2020-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Segregation assisted grain boundary precipitation in a model Al-Zn-Mg-Cu alloy
了解铝合金中近原子尺度下晶界和晶界沉淀的成分演变对于定制机械性能并提高耐腐蚀性和应力腐蚀开裂性至关重要。在这里，我们阐明的顺序相比较，在模型Al-Zn-Mg-Cu合金的散装晶界上的沉淀。我们研究了从固溶热处理状态（475{ \textdegree }C），通过非常早期的老化阶段到120{ \textdegree }C的峰值老化状态，并进一步进入180{ \textdegree }C的过老化状态的材料。该过程开始于晶界上的溶质富集，由于平衡偏析伴随着在其附近的溶质耗尽，形成的Guinier-Preston（GP）区中的溶质富集的晶界区域，GP区的生长和转化。在老化过程中，溶质向晶界的平衡偏析与本体相比加速了该序列。对溶质富集晶界2附近~10 nm宽的无沉淀区（PFZ）的分析表明，耗尽区由（i）界面平衡偏析;（ii）晶界沉淀物的形成和粗化以及（iii）溶质在基体中的扩散范围决定。此外，我们量化晶界和散装沉淀之间的动力学差异。的沉淀动力学，观察到的体积分数，平均半径，和数密度，几乎是相同的耗尽区旁边的散装和远离任何晶界的影响散装晶粒内。这一观察结果表明，受晶界影响的区域不会延伸到PFZ之外。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Modelling of the Early Stages of Precipitation in Al-6000 Alloys
由（半）共格析出相的形成引起的时效硬化对广泛使用的Al-6000合金的加工和最终性能至关重要。降水的早期阶段从基础和技术方面来说特别重要，但仍然远远没有得到充分的理解。在这里，进行的亚稳$β''$相的纳米沉淀物的能量学分析，确定有助于成核簇的稳定性的体积，弹性应变和界面能。结果表明，即使在最小尺寸的$β''$分子式单元下，针状沉淀物也不稳定生长，即不存在生长的能垒。不同组合物之间的小差异指向可能的沉淀物/基质界面重构的研究的需要。一个经典的半定量成核理论的方法，包括弹性应变能捕获的趋势，沉淀能量与大小和组成。这验证了使用中尺度模型来评估沉淀物的稳定性和相互作用。较小的三维集群的研究也表明相对于固溶体状态的稳定性，表明沉淀的早期阶段可能是扩散限制。总体而言，这些结果表明，在确定纳米级沉淀物的稳定性和生长的组合物依赖的体积，界面和弹性应变能之间的重要相互作用。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of irradiation induced microstructures in the AgCu model alloy using a multiscale method coupling atomistic and phase field modelling
本文发展了一种基于相场的多尺度方法，从原子尺度到微结构尺度，模拟了二元体系在辐照下的微结构演化。为此，开发了一种有效的数值方案。在氪离子辐照下的AgCu合金的情况下，使用原子的方法计算的唯象参数，作为温度和辐照通量的函数。预测了辐照通量和温度对图案化微结构形成的影响。在AgCu的情况下，我们的模型进行了定性和定量验证的衍射实验研究。
2016-10-09 cond-mat.mtrl-sci
On the early stages of precipitation during direct ageing of Alloy 718
镍基高温合金718在航空发动机中用作高压涡轮盘，必须承受高温屈服强度、抗蠕变和抗氧化性的挑战性要求。通常在二重态和三重态共沉淀物形态中发现的纳米级$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物在这些苛刻的操作条件下提供高温强度。合金718的直接时效是一种有吸引力的替代制造路线，已知通过保持高位错密度和改变纳米级共沉淀物形态，将650 $^°$ C下的屈服强度增加至少+10 $\%$。然而，在直接老化过程中$γ^{\prime}$和$γ^{\prime \prime}$的二重态和三重态共沉淀物形态的详细成核和生长机制仍然未知。我们提供了一个相关的高分辨率显微镜的方法，使用透射电子显微镜，高角度环形暗场成像，和原子探针显微镜，以揭示在直接时效合金718沉淀的早期阶段。定量体视学分析的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀分散体，以及它们的化学成分，使我们能够提出一个定性模型的微观结构的演变。结果表明，细小的$γ^{\prime}$ -和$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物均匀形核并相干生长。然而，$γ^{\prime \prime}$ -沉淀物也在位错上非均匀地成核，并且由于Nb管扩散而经历加速生长。此外，共沉淀反应在很大程度上受溶质可用性和富集Nb和排斥Al+Ti的潜力的影响。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Alloy surface segregation in reactive environments: A first-principles atomistic thermodynamics study of Ag3Pd(111) in oxygen atmospheres
我们提出了一个第一性原理的原子热力学框架来描述的结构，成分和偏析的合金表面接触（反应）的环境。该方法是说明与应用程序的Ag 3 Pd（111）表面在氧气气氛中，我们分析的偏析，吸附和表面自由能的趋势。我们观察到的各种合金表面配置上的氧吸附能的范围很广，包括结合，是强于Pd（111）表面和弱于Ag（111）表面。这和考虑，即使是少量的非化学计量在有序的大块合金被发现是至关重要的，以准确地模拟Pd的表面偏析发生在越来越多的O-丰富的气相。
2008-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Deformation assisted precipitation in binary alloys: A competition of time-scales
本文利用二维相场晶体合金模型研究机械形变对二元合金析出动力学的影响，发现临界应变后缺陷辅助析出加速并导致Avrami行为偏离及平台状拐点，且平台随形变速率增大发生不连续分岔。
2025-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of mechanical properties of non-equiatomic high-entropy alloy by atomistic simulation and machine learning
多组元高熵合金由于其良好的工程应用前景，在过去的20年中得到了广泛的研究。以往的实验和计算研究主要集中在等原子或近等原子的HEAs。然而，在那些精心设计成分的非等原子HEAs中可能有更多的宝藏。在这项研究中，分子动力学（MD）模拟结合机器学习（ML）的方法来预测非等原子的CuFeNiCrCo HEAs的机械性能。通过对900个HEA单晶样品的拉伸试验，利用MD模拟建立了数据库。我们研究并比较了学习任务的八种ML模型，从浅层模型到深层模型。结果发现，基于核的极端学习机（KELM）模型优于其他屈服应力和杨氏模量的预测。KELM模型的准确性得到了大尺寸多晶HEA样品的进一步验证。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Precipitate assemblies formed on dislocation loops in aluminium-silver-copper alloys
研究了铝-银-铜合金中γ'（AlAg_2）金属间化合物相的析出组织。组织在Al-0.90at.% Ag-0.90at.% Cu合金与报道的二元Al-Ag合金相比有显著差异。基体和沉淀物之间的取向关系没有改变，但γ'相以二维开放聚集体的形式形成。每个这样的组件包含γ'相的两个变体，其交替排列以形成有小平面的椭圆单元。进一步时效后，在这些组件上形成了θ'（Al 2Cu）相。γ'沉淀物的刻面椭圆形组装形态此前尚未报道。沉淀行为的变化是由于铜修改的淬火缺陷结构的矩阵。这种沉淀形态澄清了早期对铝-银-铜合金的沉淀物数密度和机械性能的观察。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput in-situ characterization and modelling of precipitation kinetics in compositionally graded alloys
开发新的工程合金化学是一个耗时和迭代的过程。一个必要的步骤是表征纳米/微观结构，以提供所考虑的每种合金化学成分的加工和性能之间的联系。加速识别最佳化学成分的一种方法是使用含有成分梯度的样品，即。组合样品，并同时研究许多不同的化学物质。然而，对于工程合金，最终性能不仅取决于化学，而且取决于微观结构发展的路径，这需要表征每种化学的微观结构演变。在这方面的贡献，我们展示了一种方法，允许在原位，纳米级表征合金中的沉淀物结构，作为老化时间的函数，在组合样品中含有的组成梯度。该方法使用小角X射线散射（SAXS）在同步加速器光束线。Cu-Co系统用于概念验证，并且制备的组合样品含有0%至2%的Co梯度。将这些样品在450{ \textdegree } ℃和550{ \textdegree } ℃之间的温度下老化，并且同时监测作为时间函数的全部沿组成梯度的沉淀物结构（沉淀物尺寸、体积分数和数密度）。这个大的数据集是用来测试的适用性和鲁棒性的常规类模型的沉淀，考虑并发成核，生长和粗化和模型的能力来描述这样一个大的数据集。
2015-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the deformation behavior of an Nb nanowire embedded in a NiTi shape memory alloy
采用分子动力学模拟研究了预应变和温度对铌纳米线嵌入镍钛记忆合金（SMA）中所表现出的优异性能的影响。为此，我们发展了一种新的基于二次近邻修正嵌入原子方法（2NN MEAM）的Nb-Ni-Ti三元原子间相互作用势。揭示了准线性弹性、细长滞后和杨氏模量降低的独特现象的起源。结果证明了塑性形变在嵌入的Nb纳米线中的重要性，并揭示了变形如何促进刚刚提到的前所未有的现象。提出了一种简单而直接获得的描述符，用于关联和监测预应变过程中的杨氏模量演变。此外，我们的模拟表明，通过适当的预应变，可以获得所需的杨氏模量的应用温度范围很广。
2022-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strengthening of Al-Cu alloys by Guinier-Preston zones: predictions from atomistic simulations
基于分子静力学和分子动力学模拟，结合过渡态理论，提出了一种确定含Guinier-Preston区的Al-Cu合金流变应力的尺度桥接方法。对流动应力的非热贡献由泰勒模型确定，而热贡献由障碍强度和自由能垒获得。这两个量级是通过对两个不同取向的Guinier-Preston带与刃位错相互作用的分子静力学和分子动力学模拟得到的。该模型的预测与实验数据进行了比较，并在合理的协议，显示出潜在的原子模拟结合过渡态理论预测的金属合金的流动应力与沉淀强化。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic origin of doping-enhanced rapid crystallization in Ag-doped Ge-Sb-Te alloys: a joint experimental and theoretical study
我们应用扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析和从头算分子动力学（AIMD）模拟研究了Ag掺杂（最高达42%）Ge 1 Sb 2 Te 4合金的原子结构。对与EXAFS实验一致的模型的分析表明，Ag掺杂显着改变了Ge环境，而Sb和Te的环境几乎没有受到影响（除了高Ag浓度），Ag的掺杂促进了四面体Ge位向八面体Ge位的转化，提高了Ge-Sb-Te（GST）的晶化速度合金，直接从MD模拟证明。我们的研究揭示了Ag掺杂促进GST合金快速晶化的原子机制。
2013-03-06 cond-mat.mtrl-sci
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
Phase nucleation, coarsening and evolution pathways of a sputtered nanostructured Inconel 725 alloy during heat treatment
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学极端材料研究所）；University of Southern California（南加州大学）
研究纳米结构Inconel 725合金热处理中相形核与演化路径，通过固溶和时效处理，利用缺陷结构控制相选择和析出路径，实现同时析出强化和晶粒稳定，为定制微观结构和协同强化提供策略。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Compositional phase stability in medium-entropy and high-entropy Cantor-Wu alloys from an ab initio all-electron, Landau-type theory and atomistic modelling
本文采用全电子从头算 Landau 型理论结合原子模拟研究 Cantor-Wu 合金，量化短程有序与成对相互作用，揭示其低温单相稳定性源于构型熵及 Fe、Mn 稀释效应。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic spin model of single pulse toggle switching in Mn$_2$Ru$_x$Ga Heusler alloys
亚铁磁合金的单次飞秒脉冲触发开关是超快自旋电子学的重要组成部分。非常不同的元素特定的退磁动力学被认为是一个硬限制切换亚铁磁体。这表明，由两种不同性质的离子组成的亚铁磁体，如稀土过渡金属合金，是开关所必需的。然而，在Mn $_2$ Ru $_x$ Ga Heusler合金中的切换开关的实验观察已经对该限制提出了质疑，因为Mn离子具有相同的性质。为了阐明这个问题，我们提出了一个原子自旋模型来模拟Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的单脉冲触发开关.进入我们的模型的磁性参数是从以前的实验观测中提取的。我们表明，我们的模型是能够定量再现测量的单脉冲触发开关的磁化动态。我们表明，不同的是以前的理解切换开关在锰$_2$ Ru $_x$镓是可能的，即使当两个Mn亚晶格在非常相似的速率退磁。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Short-range order and precipitation in Fe-rich Fe-Cr alloys: Atomistic off-lattice Monte Carlo simulations
在半巨正则系综下，利用原子间相互作用势，采用原子离格蒙特卡罗模拟方法，研究了富铁Fe-Cr合金中的短程有序. Cowley [Phys.Rev.B77，669（1950）]定义的SRO参数用于量化有序度。与实验一致，在低Cr浓度（~< 5%）下观察到Cr分布中的强有序趋势，如SRO参数的负值所示。在中等Cr浓度（5% ~<cCr ~< 15%）时，α相的SRO参数经历一个极小值，但在溶解度极限时，α相仍表现出较强的SRO。因此，在两相区域内的浓度的热力学平衡中，在整个样品上测量的SRO参数包括来自α相和α ′相的贡献。如果考虑到这两个贡献，就有可能定量地再现实验结果并解释其物理含义。由此表明，实验观察到的SRO反转是由于形成稳定的（超临界）α-总理沉淀。这是不相关的损失的SRO在α-相或不稳定的（亚临界）Cr沉淀物在α-相的存在。
2010-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Segregation, precipitation, and α-α' phase separation in Fe-Cr alloys: a multi-scale modelling approach
研究了Fe-Cr系中的偏析、沉淀和相分离。使用半经验原子间势、第一性原理总能量计算和实验光谱学的蒙特卡罗模拟。为了获得Fe-Cr合金在块体、表面和界面区域中的原子相互作用和性质的关系的一般图像，必须使用几种互补的方法。用精确Muffin-Tin轨道法计算了有效化学势随Cr含量（0-15 at.%）的变化关系Cr）是针对表面、第二原子层和块体计算的。在~10 at.% Cr在合金中的驱动力的反转的Cr原子占据体或表面的网站。当Cr含量超过~10 at.%时，预期含Cr表面。第二原子层形成约0.3 eV的障碍之间的体原子和表面原子层的Cr原子的迁移。为了获得更大尺度上的Fe-Cr信息，我们使用半经验方法。采用基于半经验势的MonteCarlo分子动力学模拟方法，研究了Cr在Fe-Cr块体中的孤立沉淀过程以及Cr在Fe/Cr层状体系中Fe层中的溶解度上限.使用光谱测量的理论预测进行了测试。利用硬X射线光电子能谱学和俄歇电子能谱研究了Fe/Cr双层膜和Fe 0.95Cr 0.05、Fe 0.85Cr 0.15合金中Cr的偏析和沉淀。在10^-8乇的气压下，对Fe-Cr合金的初始氧化进行了实验研究，得到了强的Cr_2O_3信号。通过分析退火时间、Cr含量和激发电子的动能对实验光谱强度的影响，追踪了Cr偏析和富Cr沉淀的形成。
2015-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Fracture of complex metallic alloys: An atomistic study of model systems
采用分子动力学模拟对复杂金属合金（CMA）的两种极端情况进行了裂纹扩展的模拟：在模型准晶中，结构由原子团簇决定，而模型C15 Laves相是一个简单的单胞周期性堆积。模拟结果表明，结构的基本建筑单元也决定了它们的断裂行为。拉夫斯相中的原子所起的作用与准晶中的团簇相当。虽然后者不是严格的单位，但它们必须被视为重要的物理实体。
2007-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Re precipitation in irradiated W-Re alloys from kinetic Monte Carlo simulations
高温，高剂量，中子照射W的结果在形成的稀土丰富的集群在浓度低于一个数量级的热力学溶解度极限。这些团簇可能最终转化为脆性的W-Re金属间相，这可能导致高水平的硬化和热导率损失。辐射增强扩散和沉淀的标准理论不能解释这些沉淀物的形成，因此了解非平衡簇在辐射下形成的机制对于预测材料降解和制定缓解策略至关重要。在这里，我们进行了W-Re合金的热力学研究和进行动力学蒙特卡罗模拟的Re团簇形成在辐照的W-2 Re合金使用的晶体中含有点缺陷的广义哈密顿参数完全与电子结构计算。我们的模型结合了最近获得的混合间隙溶质输运的机制信息，这被认为是控制形成准球形核后，在1800 K的平均孵育时间为20 s的簇成核和生长。这些核被认为是通过吸引更多的混合溶质原子，这反过来又吸引空位，导致重组和溶质团聚增长。团簇生长到大约4纳米半径的最大尺寸，并且不完全致密的Re，在中心附近含有50%或更少。我们的模拟与最近的原子探针检查离子辐照的W-2 Re系统在773 K的合理协议。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
High pressure induced precipitation in Al7075 alloy
沉淀强化铝基合金的力学行为主要受析出相-基体相互作用的控制。这些合金由于其低成本和高强度重量比而具有广泛的应用范围，从航空航天到汽车和海军工业。由铝基合金制成的结构经受复杂的载荷条件，例如涉及高压的高应变率冲击。本文利用金刚石压砧研究了Al基Al7075合金在高达~53 GPa的准静水压力和非静水压力下的行为。原位X射线衍射（XRD）和压缩前后的透射电子显微镜（TEM）成像用于分析微观结构的变化，并估计高压强度。我们发现使用准静水压力XRD测量的体积模量为75.2 +-1.9 GPa。XRD表明，非静水压力导致的缺陷密度显着增加，峰展宽与压力循环。非静水压力下的XRD图谱显示，具有最高局部压力的区域具有最大的缺陷成核增加，而具有最大局部压力梯度的区域经历织构化并且具有较大的晶粒。TEM分析表明，压力循环导致许多沉淀物的形核和生长。缺陷和析出物密度的显著增加导致Al 7075合金在高压下的强度增加。
2022-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nature of Cr Segregation in FCC to BCC quenched Fe-12Cr Alloy, with Post-Quenching Heat Treatment: A Positron Annihilation Study
UGC-DAE CSR（UGC-DAE 综合科学研究学院）；University Campus, Khandwa Road, Indore-452017, India（印度印多尔坎德瓦路大学校区）；Materials Science Group, Indira Gandhi Center for Atomic Research（印度拉·甘地原子研究中心材料科学组）；Department of Physics, Vishnu Women’s Univeristy（维什努女子大学物理系）
研究利用多种光谱和显微镜方法，探究 Fe-12Cr 合金中 Cr 析出本质，与 Fe-9Cr 合金对比，发现 Cr 析出动力学、尺寸及密度差异，还首次报道了 Fe-(9, 12)Cr 合金无缺陷晶格的正电子寿命。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale atomistic simulations demonstrate dominant alloy disorder effects in GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs multiple quantum wells
铋化物半导体材料和异质结构被认为是设计和实现光子、热电、光伏和自旋电子器件的有希望的候选材料。本文对强耦合GaBi $_x$ As $_{1-x}$ /GaAs多量子阱（MQW）结构的电学和光学性质进行了详细的理论研究。基于一套系统的大尺度原子紧束缚计算，我们的结果表明，合金成分的原子尺度波动的影响比阱间耦合效应更强，并在多量子阱结构的电子和光学性质中起着重要的作用。与量子阱几何参数无关，合金无序导致载流子的强约束，空穴能量的大加宽，以及基态跃迁波长的红移。偏振分辨的光学跃迁强度表现出显着的效果的混乱，其中的非均匀加宽可以超过一个数量级的多量子阱，相比之下，约三个单量子阱的因素。合金无序效应的强烈影响持续存在时，通常预期在现实的实验环境中的MQW的大小和组成的小的变化被认为是。所呈现的结果突出了连续方法的有限范围，并强调需要大规模的原子方法来设计具有基于bismide材料的新特性的定制功能的设备。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First principles analysis of precipitation in Mg-Zn alloys
采用第一性原理计算分析了Mg-Zn合金中的析出相。确定了对称不同hcp Mg_（1-x）Zn_x（0 < x < 1）构型的形成能，并从凸包中确定了与矩阵相干的Guinier-Preston区的潜在候选者。最有可能的结构根据沿基面的界面能进行排序。此外，还计算了实验报道的几种相（Mg 4 Zn 7、MgZn 2立方相、MgZn 2六方相、Mg 21 Zn 25和Mg 2 Zn 11）的形成能和振动熵贡献。Mg 4 Zn 7、MgZn 2立方相和MgZn 2六方Laves相的形成能非常接近，因为它们是由菱面体和六方晶格单元的不同排列形成的。结果表明，β_1^'沉淀是由上述三种沉淀的混合物形成的。然而，几何排列的差异导致熵能贡献的变化，这决定了高温稳定性。结果表明，MgZn_2六方Laves相在高温下是最稳定的相，随着时效温度的升高或时效时间的延长，β_1^'相有向β_2^'（MgZn_2六方）相转变的趋势。最后，发现平衡β相（Mg_（21）Zn_（25））是一种长程序相，由于触发从短程序相β_2^'到β的转变所必需的动力学过程，该长程序相沉淀最后一个相。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Flux effects in precipitation under irradiation - Simulation of Fe-Cr alloys
Fe-Cr合金中富Cr α'相的辐射强化析出是导致硬化和脆化的主要原因，它取决于辐照粒子和每原子位移（dpa）速率。在这里，我们利用Cahn-Hilliard相场为基础的方法，其中包括简单的模型的成核，辐照粒子和速率依赖的辐射增强扩散和级联混合模拟α'的演变中子，重离子和电子辐照。不同的辐射粒子表现出非常不同的级联混合效率。该模型使用中子数据进行了校准。对于在300 °C下10^-^8 dpa/s和10^-^6 dpa/s之间的级联诱导中子/重离子dpa速率，模型预测数密度近似恒定，半径减小，α' Cr成分减小，α'体积分数降低。然后，该模型预测，在大约10^-^5 dpa/s以上的速率下，α'的形成会发生剧烈的转变，而在dpa速率高达10^-^3 dpa/s时，电子辐照（混合较弱）几乎没有影响。这些模型的预测与实验结果是一致的。我们解释的辐射增强扩散，级联混合，和它们的比例，这一切都显着变化的中子和级联诱导离子辐照的相关通量范围内的通量依赖性方面的结果。这些结果表明，级联混合和辐射增强扩散时，必须考虑到试图模拟中子辐照效应，使用加速离子辐照。
2019-04-21 cond-mat.mtrl-sci
The effect of precipitation on strength and ductility in a Mg-Zn-Y alloy
在Mg-3.0at.%的合金中，测定了预时效变形对β相尺寸和分布的影响，以及对强度和塑性的影响Zn-0.5at.% Y合金。将合金挤出，然后进行T8热处理，包括固溶处理、冷加工和人工时效。挤出用于引入织构，确保变形通过滑移而不是孪生发生。使样品经受受控的单轴变形，然后等温老化至峰值硬度。测量了晶粒长度、直径和数密度，并根据合金的强度和塑性进行了评价。在没有预时效变形（即T6处理）的峰值时效条件下，β '沉淀物的形核较差，只有0.5%的体积分数，而T6处理的二元Mg-3.0at.%锌合金。与Mg-3.0at.%的二元合金相比，Mg-Zn-Y合金的显微组织不太细化，具有较大直径的沉淀物和较低的β素数密度锌合金。变形至5%塑性应变将β '沉淀物的体积分数增加至约2.3%，并细化β'沉淀物的长度和直径。这些效应的组合使等温时效后的屈服强度从217 MPa（0%冷加工）增加到287 MPa（5%冷加工）。屈服应力随基面和棱柱面上颗粒间距的倒数线性增加，合金表现出与Mg-Zn相似的抗基面滑移强化。伸长率随颗粒间距线性增加。当颗粒间距相等时，Mg-Zn-Y合金的塑性与Mg-Zn合金的塑性相近。
2012-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the low precipitation hardening in magnesium alloys
本研究通过EBSD滑移迹线分析和透射电镜实验，揭示镁合金低沉淀硬化源于基面位错易剪切或断裂沉淀相，且高温下变形模式影响交互作用。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Investigation of Elementary Dislocation Properties Influencing Mechanical Behaviour of $Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ alloy and $Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$ alloy
采用分子动力学模拟方法研究了无钴高熵模型合金（$Cr_{15}Fe_{46}Mn_{17}Ni_{22}$ at. %）与奥氏体不锈钢（ASS）（$Cr_{20}Fe_{70}Ni_{10}$，%).最近开发的嵌入原子方法（EAM）的潜力被用来描述合金中的原子相互作用。分子静力学（MS）计算被用来研究位错的本地堆垛层错能（SFE），解离距离方面的性能，而MD被用来调查的解离距离下施加的剪切应力作为温度和应变速率的函数。结果表明，与ASS模型合金相比，HEA合金中的位错移动需要更高的临界应力。的位错迁移率的模拟结果的理论研究表明，一个简单的本构迁移率法允许预测在两种合金中的位错速度超过三个数量级，涵盖声子拖曳制度和热激活制度引起的位错unpinning从本地硬配置。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Effect of Ni on Cu precipitation kinetics in α-Fe by AKMC study
采用原子动力学蒙特卡罗方法（AKMC）模拟了Fe-Cu和Fe-Cu-Ni合金热时效过程中共格富Cu析出的动力学。利用已有的ab-inito数据对AKMC进行参数化处理，以处理空位介导扩散对局域原子环境的依赖。提出了一种非线性半经验时间调整方法来调整MC时间。结合AKMC和时间调整方法给出了很好的协议与实验和其他模拟，包括推进因子和Cu团簇迁移率。三元合金的模拟表明，Ni对Cu沉淀有时间延迟效应。这种效应是由于Cu团簇的扩散系数降低引起的。随着Cu团簇尺寸的增大，扩散系数的降低作用减弱。模拟结果可以解释Fe-Cu-Ni三元合金在粗化阶段团簇数密度高于相应二元合金的实验现象，这与团簇迁移率有关。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Atomistic-Level Analysis of Nanoindentation-Induced Plasticity in Arc--Melted NiFeCrCo Alloys: The role of stacking faults
本研究针对浓固溶体合金工业应用的制备瓶颈，以电弧熔炼NiFeCrCo合金为对象，从原子尺度探究纳米压痕下的塑性变形机制，结合层错四面体等分析揭示结构与力学行为的关联，为合金应用提供理论支撑。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
