Solute Segregation in a Moving Grain Boundary: A Novel Phase-Field Approach
本文提出一种新型相场模型，通过参数调控溶质—晶界相互作用势，模拟运动晶界中不同偏聚分布及其随晶界速度的演化，并验证其与 Cahn 理论一致。
2023-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the Energetics and Length Scales of Carbon Segregation to Fe Symmetric Tilt Grain Boundaries Using Atomistic Simulations
杂质向晶界的偏聚对多晶材料的稳定性和宏观行为都起着重要的作用。在这项工作中的研究目标是更好地表征与溶质和杂质偏析到晶界的过程中所涉及的能量和长度尺度。利用分子动力学模拟计算了Fe中125个对称倾斜晶界数据库中碳在多个晶界位置的偏聚能。模拟结果表明，晶界附近大部分原子位的偏聚能低于体相中的原子位。此外，取决于边界，偏聚能量接近体值大约5-12毫米远离晶界的中心，提供了一个能量的长度尺度的碳偏析。该数据集的后续数据简化和统计表示提供了关键信息，例如关于碳原子的平均偏析能量和相关能量分布作为与晶界的距离的函数，其定量地告知具有捕获Fe中杂质的偏析行为所需的能量和长度尺度的更高尺度模型。这项研究的意义是一种方法的发展，能够确定偏析能量在很宽的范围内的晶界特性（典型的多晶材料中观察到的），在此已被应用到碳偏析在一个特定类别的晶界铁。
2013-02-12 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
Atomic-scale insights on grain boundary segregation in a cathode battery material
本研究利用透射电镜和原子探针层析技术，在近原子尺度揭示无钴尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4阴极材料的晶界及位错处的元素偏析/贫化规律，为优化锂离子电池材料合成与效能提供新依据。
2025-06-16 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
Grain boundary segregation in steels: Towards engineering the design of internal interfaces
晶界处的溶质装饰（GB）导致界面结构、流动性、凝聚力等的变化。最近对钢中界面偏析的实验研究是基于使用两种相关方法的微观结构表征，即透射电子显微镜-原子探针层析术（APT）和电子背散射衍射-APT。考虑到对这一途径的日益关注，本文综述了常用的用于定量界面偏析的吸附等温线，并对钢中晶界偏析的实验研究现状进行了综述，重点介绍了理解晶界偏析可能涉及的领域，以及与理解晶界偏析相关的实验挑战钢中的偏析
2022-02-05 cond-mat.mtrl-sci
A Rule of Solute Segregation at Grain Boundaries
控制溶质在晶界的偏聚对合金的工程性能至关重要，但其关键参数--偏聚能的构效关系至今仍不清楚。在这里，我们提出了电子和几何描述的GB偏析的基础上的价，电负性和大小的溶质和非本地的配位数的自由表面，我们建立了一个预测框架，以确定跨不同的溶质，矩阵，GB结构和偏析网站的偏析能量。该框架不仅揭示了GB偏析中溶质和基质的耦合规律，而且揭示了溶质偏析决定因素的来源。溶质的贡献基本上源于他们的d-和s-状态耦合合金化，而基体GB接口是由基体自由表面。我们的方案建立了一个新的图片在晶界的溶质偏析，并提供了一个有用的工具，先进合金的设计。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic resolution observations of silver segregation in a [111] tilt grain boundary in copper
本研究针对铜基材料溶质偏聚观测需求，结合像差校正电镜、光谱与原子模拟，解析银在铜[111]倾转高角度晶界的偏聚位点、浓度及机制，为界面性能调控提供原子尺度依据。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Multicomponent Grain Boundary Segregation Dilute-Limit Model and Its Effect on Nanocrystalline Stability
Ioffe Institute（Ioffe研究所）
本文推导了稀极限下任意数量溶质的光谱偏析模型，证明多组分偏析可显著扩展热力学稳定的纳米晶合金范围，抑制晶粒长大和相分离。
2026-09-28 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 spectrum in basal-textured Mg alloys: From solute decoration to structural transition
本研究通过原子模拟揭示基面织构镁合金晶界偏析能谱呈双峰分布，并发现晶界结构转变，为改善成形性提供新见解。
2024-07-20 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
Effect of grain boundary character on segregation-induced structural transitions
以Cu-Zr合金为模型，采用原子Monte Carlo/分子动力学模拟方法研究了金属晶界偏析诱导的结构转变，重点研究了晶界特征对晶界结构的影响。随着全球组成的增加，本研究选择的六种晶界类型首先形成有序的肤色，与局部偏析模式取决于晶界核心结构，然后转变为无序肤色时，晶界组成达到一个临界值，这是温度依赖性。这种过渡到无序界面结构的趋势始终取决于相对溶质过量，而不是晶界能或取向差角。高相对溶质过剩的晶界经历逐渐无序过渡，而那些低相对溶质过剩保持有序，直到高全球Zr浓度，但突然转变成厚无序膜。这里提出的结果提供了一个清晰的画面上的掺杂剂偏析模式和无序的晶间膜形成的界面字符的效果，显示所有的晶界是不平等的，当讨论肤色过渡。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation of C, N and O in hcp titanium from first-principles
轻金属的晶界偏聚是影响纳米钛合金热稳定性的一个可能机制。本文用第一性原理计算表明，C、N和O原子在α-Ti中的α 7大角度晶界上的独立偏聚在能量上是不利的。晶界界面附近和晶界处间隙元素的存在导致晶界宽度和比形成能的增加。
2013-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interstitials as a key ingredient for P segregation to grain boundaries in polycrystalline $α$-Fe
Montanuniversität Leoben（维也纳矿业大学）；Christian Doppler Laboratory for Knowledge-based Design of Advanced Steels, Department of Materials Science, Montanuniversität Leoben（维也纳矿业大学材料科学系先进钢知识基础设计克里斯蒂安·道普勒实验室）
本研究采用经典原子间势与机器学习方法，探究多晶α-Fe中P的置换型与间隙型晶界偏聚行为，发现P可偏聚至两类晶界位点，需同时考虑两种偏聚以实现准确预测。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Secondary Grain Boundary Dislocations Alter Segregation Energy Spectra
本研究发现二次晶界位错对溶质原子偏析的影响远超无缺陷晶界，利用纳米级关联断层扫描量化了Fe-W合金中位错与偏析能谱的关系，为先进材料设计提供了新自由度。
2024-11-15 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
Grain boundary segregation prediction with a dual-solute model
针对晶界偏析预测依赖单溶质能谱且忽略溶质间相互作用的问题，提出双溶质模型，内禀包含相互作用，在多个二元合金体系中较单溶质模型显著提升，可准确预测纳米晶金属的偏析状态。
2024-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Segregation competition and complexion coexistence within a polycrystalline grain boundary network
界面偏析可以稳定晶粒结构，甚至导致晶界化合物转变。然而，了解这种现象的复杂性，在多晶材料是有限的，因为大多数研究集中在双晶体的几何形状。在这项工作中，我们研究界面偏析和随后的复合过渡多晶Cu-Zr合金使用混合Monte Carlo/分子动力学模拟。在中等温度下，当Zr掺杂剂添加到纯Cu多晶中时，观察到晶粒尺寸或结构没有显著变化，其中晶界偏析是主要行为。在边界网络内的偏析是不均匀的，与一些边界具有局部浓度是一个数量级大于全局值和其他几乎没有偏析，和物理参数的变化，如边界自由体积和能量被发现与掺杂剂浓度相关。此外，另一种合金样品在较高的温度下进行了研究，以探测界面结构中广泛转变的发生，其中原始有序边界的显著部分转变为无定形络合物，表明多种络合物类型共存，每种络合物类型都具有它们自己的边界化学组成分布。总体而言，这项工作突出了界面偏析和复合结构可以在多晶网络中是多样的。本文所示的研究结果补充了现有的单个界面的计算和实验研究，并有助于为解开现实微观结构中界面结构的复杂性铺平道路。
2021-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Cr Segregation on Grain Growth in Nanocrystalline α-Fe Alloy: A Multiscale Modelling Approach
本文耦合DFT与PFM建立多尺度模型，研究Cr偏析下纳米晶α-Fe合金的晶粒长大动力学，并用Cahn溶质拖曳理论解释温度相关的非线性行为。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and misorientation-dependent austenite nucleation at ferrite grain boundaries in a medium manganese steel: role of misorientation-dependent grain boundary segregation
本研究探讨了中锰钢中晶界偏析对奥氏体形核的作用，结合实验与DFT计算揭示了Mn偏析宽度约1 nm，并基于经典形核理论阐明了其对临界半径和激活能垒的影响。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Chemical order transitions within extended interfacial segregation zones in NbMoTaW
界面偏析和化学短程有序影响复杂高浓度合金的晶界行为。在这项研究中，我们使用NbMoTaW难熔复杂的浓缩合金的原子模型，以提供洞察这两种现象之间的相互作用。采用蒙特卡罗和分子动力学模拟相结合的方法对柱状晶模型进行模拟，以确定平衡晶界结构。我们的研究结果揭示了扩展的近边界偏析区，远大于传统的偏析区域，这也表现出化学图案，桥接界面和晶粒内部区域。此外，在这些扩展的偏析区内观察到与A2到B2转化有关的结构转变。晶粒尺寸和温度被发现显着改变这些区域的宽度。化学短程有序的分析表明，并非所有成对元素的相互作用都受到晶界存在的影响，因为只有一个子集的元素簇类型更有可能居住在某些边界附近。结果强调了增加的化学复杂性，这是与近边界偏析区，并证明了复杂的集中合金的界面偏析的独特性质。
2022-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Segregation-induced changes in grain boundary cohesion and embrittlement in binary alloys
当溶质在晶界富集并降低其内聚能时，发生晶界脆化。虽然晶界富集通常归因于平衡偏析效应，但大多数脆化模型考虑边界处的脱粘或平衡吸附的能量学，而不是同时考虑两种现象。我们开发了一个模型，在断裂前的平衡偏析的条件下引入溶质后，纯金属的晶界的结合能的变化。一个启发式的晶界凝聚力地图描绘是否一个给定的溶质-溶剂对将表现出削弱或加强晶界。分析有助于澄清，晶界脆化需要一种溶质，既降低了边界的内聚能，并在第一位偏析。该图合理地捕获了已知的金属-金属脆化对。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary solute segregation across the 5D space of crystallographic character
本文基于7272个Al双晶界系统研究了Co溶质偏聚在五维晶界晶体学空间中的分布规律，发现偏聚与晶界能和过剩体积强相关，且空间分布平滑但无简单函数形式。
2024-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Grain Boundary Segregation in Magnesium Alloys: An Atomistically Informed Machine Learning Approach
本研究结合原子模拟与机器学习，预测镁合金晶界偏析，发现Nd偏析显著，为轻质镁合金设计提供新途径。
2025-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Segregation Models for High-Entropy Alloys: Theoretical Formulation and Derived Analytical Expressions to Elucidate High-Entropy Grain Boundaries
该研究以块体成分为参考推导MPEAs/HEAs的理想与正则溶液晶界偏析解析模型，并用于解释高熵晶界概念。
2024-03-03 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
Effect of solute segregation on shear-induced grain boundary motion
采用原子尺度模拟方法研究了溶质偏聚对经典$α$ -Fe/C体系中选择晶界剪切诱导运动的影响。在剪切速率大于溶质扩散速率，我们观察到从耦合运动到滑动的过渡。低于临界溶质过量，边界脱离溶质云，并在耦合运动中移动。在较小的剪切速率下，我们观察到外在的耦合运动在小应力，表明耦合是由对流溶质沿边界扩散的帮助。我们的研究强调了溶质在修改晶界处的剪切调节的bicerallography，温度和速率依赖性中的作用。
2013-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Segregation Spectra from a Generalized Machine-learning Potential
针对晶界溶质偏聚模拟的计算挑战，本文应用适用于16种元素的广义机器学习势构建240种二元合金多晶体的自洽谱数据库，实现接近第一性原理精度的模拟并验证了铝基合金偏聚谱的预测能力。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio based analysis of grain boundary segregation in Al-Mg and Al-Zn binary alloys
基于从头算模拟，我们报告的性质主要不同的机制，镁和锌原子与晶界的Al合金中导致不同形态的偏析的相互作用。Mg原子偏聚在相对较宽的晶界区域内，并由于溶质-晶界相互作用的变形机制而形成非均匀的团聚体。与此相反，在Zn原子的情况下，与形成的定向键合的电子机制是占主导地位的溶质-GB相互作用。因此，对于Zn原子，占据GB处的间隙位置并沿着GB排列成薄层在能量上是有益的。结果表明元素化学在偏析形成中的重要作用，并解释了超细晶Al-Mg和Al-Zn合金中GB偏析形态的定性特征。
2017-08-01 cond-mat.mtrl-sci
A survey of ab-initio calculations shows that segregation-induced grain boundary embrittlement is predicted by bond-breaking arguments
溶质原子向晶界的偏聚对多晶体的力学行为有很大的影响，特别是在金属合金中。从77个独立的研究中的溶质引起的晶界内聚力的变化的400个计算的概述定量地表明，溶质引起的边界内聚力的变化的大部分的变化是由简单的键断裂的参数解释。这种趋势对晶体结构和计算方法的变化是稳健的。从其他机制，如原子尺寸效应和电荷转移的二次贡献脆化，量化和讨论。
2016-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Study of Hydrogen Segregation at Vacancy and Grain Boundary in Palladium
用密度泛函理论研究了钯晶体中氢在间隙、空位和晶界结合的基本过程。结果表明，氢优先占据Pd基体中的八面体间隙位，而一个稳定的氢空位复合物中，氢占据最多的是四面体间隙位上的空位周围的8个氢原子。此外，H的存在有助于附近空位的配对或形成，这与实验和理论研究的结论一致。此外，这一观察结果可能意味着氢脆（HE）机制，通过连接的微孔和裂纹。然而，氢在晶界的偏聚显示出不同的效果。高氢积累导致晶界扩展，这与实验观察到的晶粒脱粘的HE机制有关。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Segregation-induced phase transformations in grain boundaries
金属晶界的相变是低维物理系统热力学研究的重要内容。我们报告原子的计算机模拟的铜-银系统，提供直接的证据表明，GB相变中的单组分GB可以继续存在于二元合金。这导致在固定温度下具有不同化学组成的偏析诱导相变。此外，对于这样的转换，我们提出了一种方法来计算不同的GB相之间的自由能差沿偏析等温线的热力学积分。这打开了发展GB相的定量热力学的可能性，它们之间的相互转化，以及未来的临界现象。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Yttrium Σ7(0001) Twist Grain Boundary Properties through Segregation and Co-segregation of Low Neutron Absorption Elements: First-Principles Insights
本研究通过第一性原理计算探讨了低中子吸收元素偏析与共偏析对氧化钇Σ7(0001)晶界稳定性及强度的影响，发现Si偏析最能平衡改善晶界性能。
2025-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Segregation Transitions and Critical Phenomena in Binary Regular Solutions: A Systematics of Complexion Diagrams with Universal Characters
对晶界偏聚转变和临界现象进行了系统的研究，扩展了经典的晶界偏聚理论。以扭曲GB为例，本研究揭示了GB分层与预湿转换时应该发生，以及它们如何相互关联。此外，一个新的描述，归一化偏析强度（phi_seg），介绍。它可以代表控制GB偏析的几个因素，包括应变和键能，以及小角度GB的取向误差（在平均场近似下），这在以前的模型中必须单独处理。在一个强偏析系统与一个大的phi_seg，一阶分层过渡发生在低温下，并成为连续的GB粗加工温度以上。随着phi_seg的减小，分层过渡逐渐合并，最终合并为没有量化层数的预润湿过渡，类似于Cahn的临界点润湿模型。在此基础上，构造了具有普遍性质的GB复合图，作为经典Pelton-Thompson正则溶液二元体相图的GB对应图。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic insights into the inhomogeneous nature of solute segregation to grain boundaries in magnesium
在具有多替代元素的镁合金中，晶界（GB）处的溶质偏析对许多重要的材料特性（例如GB能量和流动性）以及因此的织构具有强烈影响。虽然它是公认的，GB偏析是不均匀的，GB溶质成分的随机边界的变化仍然没有被理解。在目前的研究中，原子尺度的实验和模拟技术被用来调查的组成不均匀性的六个不同的GB。三维原子探针层析结果显示，GB的Nd在Mg中的溶质浓度在2至5原子%之间变化。这种变化不仅见于不同的GB方向，也见于GB平面内。相关的原子模拟表明，实验观察到的不均匀的偏析行为源于本地的原子重排内的GB和引入的概念，潜在的过剩自由体积的背景下，提高预测的每个网站的偏析能量。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Analytic model for grain-boundary segregation ener-gies in metal polycrystal
本文针对金属多晶体晶界偏析问题，提出统一塑性应变与键断裂的解析框架，准确预测了不同溶质与基体的偏析能量，揭示了晶界键合特性并为高性能合金设计提供有效工具。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Local structure and defect segregation on the tilt grain boundaries in silicon
本文介绍了硅中几种不同倾斜晶界的原子论和从头算模拟结果。用遗传算法得到的边界结构没有配位缺陷，即在结构优化过程中，所有的硅原子都恢复了它们的四面体配位。这涉及到先前已知的对称的135（130）、133（211）和1329（520）边界以及先前未知的不对称的139（-255）/（-211）、133（-255）/（211）和1313（790）/（3110）结构。我们已经进行了广泛的研究边界上的缺陷偏析，包括中性空位和碳，磷和硼杂质。一个明确的相关性之间的偏析能量的缺陷和局部几何形状的边界网站的缺陷被隔离已被揭示。我们提出了一个简单的纯几何模型，用于评估所列缺陷的近似偏析能量。
2013-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Complexions in a modified Langmuir-McLean model of grain boundary segregation
Langmuir-McLean等温线通常被解释为提供了最可能的晶界偏析的近似值，作为本体摩尔溶质分数$x_B$的函数，即使$x_B$不是其所基于的自由能最小化中的独立参数。在本文中，它表明，最可能的隔离指定的$x_B$不同于标准的朗缪尔-麦克莱恩关系。导出的方程的数值解表明，两个潜在的稳定的界面组合物与大多数散装组合物。一个解决方案表示沿边界相对于本体具有过量溶质的状态，而另一个表示赤字。的界面和散装之间的空位含量比起着很大的作用，在确定的形状导出的等温线。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Faceting diagram for Ag segregation induced nanofaceting at an asymmetric Cu tilt grain boundary
在这项工作中，我们实验建立了等温纳米晶面的演变在一个不对称的倾斜晶界的Cu-Ag系统使用扩散偶的方法。我们调查的纳米晶面形成沿晶界的银溶质过剩浓度的依赖。初始晶界分解为不对称的贫Ag段和对称的富Ag（210）段。增加Ag过量导致富Ag小面段长度增加，而非对称小面的长度保持恒定。由此，我们构建了一个晶界纳米刻面图推导出我们的实验相关的局部原子结构，整体倾斜和Ag溶质过剩。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Localization of Yttrium Segregation within YSZ Grain Boundary Dislocation Cores
多晶电解质中晶界处的离子导电性阻塞是为了改善固态燃料电池和电池的性能而需要克服的主要障碍之一。为此目的，利用离子导电材料如氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）中晶界的物理性质下降到原子尺度成为非常重要的任务。在这里，我们提出了一个单一的晶界在9摩尔%的氧化钇含量YSZ双晶体的结构和成分分析的像差校正扫描透射电子显微镜。我们的研究结合了应变和成分原子分辨率分析与密度泛函理论计算，以找到一个优先偏析钇在晶界位错核心的膨胀原子网站。这些结果解决了一个关键的一步，了解到原子尺度的晶界的物理性质。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum depletion induced by complex co-segregation of carbon and boron in a Σ 5 [3 1 0] bcc-iron grain boundary
杂质偏聚引起的晶界原子结构和化学性质的局部变化影响着多晶材料的宏观性能。本文采用原子分辨扫描透射电子显微镜、原子探针层析成像和密度泛函理论计算相结合的方法，研究了碳、硼共偏聚对$α-$ Fe- $4~at.~\%$ Al双晶中$Σ5\,(3\,1\,0\,) [0\,0\,1]$倾斜晶界处Al贫化的影响.原子晶界结构单元大多类似于风筝型图案，并且结构出现被原子尺度缺陷破坏。原子探针层析成像显示，碳和硼杂质共偏析到晶界，达到> 1.5at.1%的水平，而铝被局部耗尽约10%。2~at.第一性原理计算表明，碳和硼表现出最强的偏聚倾向，它们与铝的排斥作用促进其从晶界耗尽。还预测硼原子的替位偏聚可能导致风筝型结构单元的局部扭曲。这些结果表明，共偏析和相互作用的间隙杂质与替代溶质强烈影响晶界组成，并与此接口的性能。
2021-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Decoding Grain Boundary Thermodynamics in High-Entropy Alloys in a 5D Space: Coupled Segregation and Disordering
晶界对材料的微观组织演变和各种性能有着重要的影响。然而，由于高熵合金（HEAs）中多种元素的偏析和界面无序的复杂耦合，对GBs的基本认识还很缺乏，这可能会产生新的现象，并对经典理论提出挑战。在这里，通过结合大规模的原子模拟和机器学习，我们证明了预测GB属性作为四个独立的组成自由度和温度在5D空间中的函数的可行性。随后，第一次为五元HEAs构建了体相图的GB对应物。数据驱动的发现进一步揭示了HEAs中新的耦合隔离和无序效应。值得注意的是，对大型数据集的分析发现了一个临界补偿温度，在该温度下，所有元素的偏析几乎同时消失。虽然机器学习模型可以通过黑盒方法预测GB属性，但构建了基于数据的替代分析模型（DBAM），以提供更多的物理见解和更好的可移植性，具有良好的准确性。这项研究不仅提供了一个新的范式，使预测的GB性能在一个5D空间，但也发现了新的GB偏析现象，在HEAs超越了经典的GB偏析模型。
2021-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Frustrated metastable-to-equilibrium grain boundary structural transition in NbMoTaW due to segregation and chemical complexity
本研究通过原子模拟发现NbMoTaW多主元合金的亚稳态到平衡态晶界结构转变温度范围是纯金属两倍以上，偏聚量影响转变起始温度但不影响宽度，揭示了化学复杂性对晶界行为的关键作用。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Segregation and Embrittlement of Aluminum Binary Alloys from First Principles
本研究基于全电子第一性原理重新评估了69种铝二元合金在Σ5[001](210)晶界的偏析与脆化，发现忽略低能量断裂路径会显著影响脆化势估算，并验证了全电子与赝势方法及Hubbard U效应的影响。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Solute Segregation at Triple Junctions: Implications for the Hydrogen Storage Properties of Nanomaterials
针对极细晶粒尺寸下三重点效应对间隙溶质偏析的影响，开发适用于Pd(H)多晶的间隙位点偏析计算框架，揭示尺寸依赖性机制，为间隙纳米晶合金界面工程提供基础并证明其可提升储氢密度。
2024-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary interstitial segregation in substitutional binary alloys
本研究通过原子模拟发现Al-Ni替代型二元合金中Ni原子在晶界风筝状结构间隙位点发生显著偏析，并开发了结合位点检测与结构过滤的方法及机器学习模型，以预测间隙偏析能，为合金设计提供新见解。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Topological grain boundary segregation transitions
通过原子级实验与模拟，发现钛晶界处铁偏析稳定二十面体笼，其五重对称性导致分级晶界相变，为界面设计提供新机制。
2024-05-13 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
Atomic scale understanding of the role of hydrogen and oxygen segregation in the embrittlement of grain boundaries in a twinning induced plasticity steel
本研究利用原子探针层析技术在亚纳米尺度分析TWIP钢的氢脆与氧化行为，发现氢氧晶界偏析与锰耗竭相关，揭示氢脆与氧化机制的关联可共同促进晶界氢增强解聚，为理解TWIP钢晶界脆化提供原子尺度依据。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Investigation Of Phosphorus And Hydrogen Co-segregation And Embrittlement In α-fe Twin Boundaries
我们提出了一个新的统计物理模型来研究溶质在晶界的平衡偏聚和由此产生的脆化效应。该低温膨胀模型具有通用性和有效性，其参数可以通过原子计算得到。它可以考虑到多个物种，多个偏析网站与不同的偏析自由能，帐户的组态熵，晶粒半径和网站之间的竞争溶质。作为一个例子，该模型被应用到研究的磷和氢共偏析在$\Sigma3$ $109.5°[0\bar{1}1]\{111\}$孪晶界在$α$-Fe，使用能量参数从密度泛函理论计算。我们表明，P-H相互作用可能会导致增加P偏析在晶界，并导致额外的脆化相比，P和H被单独考虑的情况下。
2019-03-20 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of solute atoms segregation in Al Σ5(210) metastable grain boundaries
本文采用第一性原理计算研究了Mg和Cu在Al Σ5(210)基态与亚稳晶界中的偏聚行为，揭示了溶质偏聚对晶界能、结构相变及理论拉伸强度的影响机制。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of interfacial segregation and structural transitions in ternary alloys
通过掺杂剂偏析的晶界工程可以显著改变材料的性质。对于金属系统，目前大多数关于晶界结构的界面偏析和随后的转变的研究仅限于二元合金，然而许多重要的合金系统包含一种以上类型的掺杂剂。本文采用MonteCarlo/分子动力学模拟方法研究了Cu-Zr-Ag和Al-Zr-Cu两种模型三元合金体系中杂质在界面上的行为。边界偏析的趋势进行了研究，以及在高温和掺杂浓度的晶界结构变得无序的倾向。对于Al-Zr-Cu，我们发现这两种溶质倾向于占据晶界的不同位置，导致协同掺杂效应。或者，对于Cu-Zr-Ag，存在位置竞争，因为优选的偏析位置相同。最后，我们发现通过控制不同溶质元素的浓度比，可以在三元体系中形成较厚的非晶间膜。
2018-11-10 cond-mat.mtrl-sci
