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
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
Element-Specific Solute Trapping and Grain Structure Evolution during Laser Powder Bed Fusion of Multicomponent Alloys
University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；AlphaSTAR Technology Solutions（AlphaSTAR技术解决方案）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）
本研究通过CALPHAD辅助高斯过程回归相场方法，揭示了多组分合金在激光粉末床熔融快速凝固中元素特异性溶质捕获对形核和晶粒演化的调控机制，并得到EBSD验证。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Insights into Solute Drag Effects on Grain Boundary Motion in Mg-Al and Mg-Ca Alloys
College of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Cemented Carbide, Hunan University（湖南大学材料科学与工程学院）；McGill University（麦吉尔大学）；Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院固体物理研究所）；School of Physics and Electronics, Hunan University（湖南大学物理与电子学院）；Hunan University（湖南大学）
本研究通过分子动力学和蒙特卡洛模拟揭示了Al和Ca溶质对Mg合金中晶界运动的影响，发现Ca的钉扎效应强于Al，且HAGBs在再结晶后期受溶质效应影响更显著。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Solute Co-Segregation Mechanisms at Low-Angle Grain Boundaries in Magnesium: A Combined Atomic-Scale Experimental and Modeling Study
本研究结合原子尺度实验与建模，揭示镁合金低角度晶界处Ca、Zn、Al的共偏析机制，发现Ca-Ca协同偏析能量上更优，为合金设计提供指导。
2025-03-30 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
Solute drag and dynamic phase transformations in moving grain boundaries
本文采用离散模型和正则溶液近似来描述二元合金中晶界运动对晶界相变的影响。该模型预测所有的晶界和溶质阻力的热力学性质，并允许广泛的探索参数空间和不同的动态制度。晶界相继续存在于运动的晶界中，并显示出动态磁滞回线、动态临界线以及与平衡相类似的其他特征。晶界运动强烈地影响相的相对稳定性，甚至可以稳定在平衡条件下绝对不稳定的相。晶界相变伴随着边界迁移率的急剧变化。结果进行了分析的背景下，非平衡态热力学。最后，对尚未解决的问题和今后的工作进行了讨论。
2019-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Modeling of Abnormal Grain Growth: Role of Solute Segregation and Grain Boundary Character
Indian Institute of Technology, Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过多尺度模型探讨了晶界偏聚与晶界特征对异常晶粒生长的影响，揭示了晶界化学和晶体学在调控AGG中的关键作用。
2025-10-26 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
Solute effects on interfacial dislocation emission in nanomaterials: nucleation site competition and neutralization
界面形核是纳米晶材料塑性形变过程中位错产生的主要过程。旨在稳定纳米晶体金属以防止晶粒生长的溶质添加剂可能会偏析到晶界和三重结，在那里它们会影响位错发射的过程。在这封信中，我们证明了在含有竞争溶质偏析位点和位错源的纳米晶体材料中添加溶质的效果可以是非常复杂的，由于在不同界面处的偏析速率不同。此外，在大浓度下，当溶质在晶界或三重结附近形成团簇时，这些团簇与基体之间的界面可以引入新的位错发射源，其可以在较低的施加应力下被激活。因此，强度最大值可以在一定的溶质浓度下发生：添加超过该最佳溶质浓度的溶质可以降低材料的强度。
2017-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomistically informed phase field study of austenite grain growth
本研究通过原子信息驱动的相场模拟，结合密度泛函理论，探讨了五种合金元素对奥氏体晶粒生长的影响，发现溶质拖曳各向异性作用次要，并确立了各元素阻碍晶粒生长的有效性顺序为Nb>Ti>Mo>V≈Mn。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
On the role of solute drag in reconciling laboratory and natural constraints on olivine grain growth kinetics
我们通过全场和平均场模型研究了溶质阻力对富橄榄石岩石中晶粒生长（GG）动力学的影响。考虑杂质对晶界迁移施加的拖曳力，可以调和实验室和自然对橄榄石GG动力学的约束。溶质阻力是实现在一个完整的字段水平集框架和平均场模型，明确占粒度分布。在对全场结果的平均场模型进行校准后，这两种模型都能够再现实验室GG动力学，并预测与来自不同地质背景的橄榄岩捕虏体中的观测结果一致的粒度。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.geo-ph
Self-pinning mechanism for grain boundary stabilization
George Mason University（乔治梅森大学）
本文提出了一种新的晶界稳定化机制——自钉机制，通过晶界偏析自发形成溶质富集簇，实现晶粒生长的抑制，无需预存第二相，聚焦晶界相行为。
2026-02-10 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
Modeling solute-grain boundary interactions in a bcc Ti-Mo alloy using density functional theory
本研究利用密度泛函理论计算了Y、Zr和Nb在bcc Ti-25 at% Mo合金中向S5晶界的偏聚能，发现溶质更倾向于偏聚至Mo位点，且偏聚能趋势主要由弹性相互作用决定，与溶质尺寸成正比。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Exploring Solute Behavior and Texture Selection in Magnesium Alloys at the Atomistic Level
本研究通过原子尺度实验和从头算预测，探讨了溶质结合行为对镁合金晶界偏析和退火织构的影响，揭示了Ca与Gd及Zn的协同作用机制，为合金设计提供了新见解。
2023-10-17 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
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
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
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
Alloying induces directionally-dependent mobility and alters migration mechanisms of faceted grain boundaries
刻面晶界表现出不寻常的偏析和迁移趋势。为了更深入地了解溶质原子在迁移过程中如何与多面界面结构相互作用，本研究探讨了Cu掺杂Ag原子的多面$Σ$ 11界面的迁移行为。溶质被发现隔离的小面与更多的自由体积和强烈降低边界速度在一个迁移方向，但不是其他的，由于存在一个方向依赖的运动机制，可以逃脱溶质钉扎，因此加快迁移。因此，这些模拟揭示了一种新的机制，化学诱导的各向异性的晶界迁移率。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall 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
Solute Induced Defect Phase Transformations in Mg Grain Boundaries
缺陷相的研究对于设计纳米结构的金属和合金具有重要意义。晶界（GB）形成一类直接影响材料性能（如变形能力和强度）的缺陷。同时，合金化可以引入GB相变并且可以随之改变机械性能。在这项工作中，$Σ$ 7 $(12\bar{3}0)$ [0001] 21.78 $^\circ$对称倾斜GB的缺陷相的hcp镁进行了研究。作为应力和温度的函数（使用准谐波近似）的从头计算模拟进行，并揭示了不同类型的相变。为此，化学自由度对缺陷相的影响进行了研究的例子Ga此外，使用一种有效的筛选方法，结合经验电位和准确的从头计算。利用缺陷相图的概念，揭示了从T型结构到A型结构的相变以及偏析位置偏好的系统性转变。结果与扫描电子显微镜的实验观察定性一致。潜在的物理机制对金属合金中的晶界工程有影响。
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
Grain Boundary Segregation Predicted by Quantum-Accurate Segregation Spectra but not by Classical Models
本研究利用量子精确偏聚谱预测并经实验验证金在铝晶界中强烈偏聚，表明经典标量偏聚能模型无法解释此类由电子效应主导的现象。
2024-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Trapping of solute atoms at grain boundaries in GdNi2
利用微扰角相关谱（PAC）研究了金属间化合物GdNi 2中111 In杂质探针原子的晶格位置随合金成分和温度的变化。三个核四极相互作用信号被检测到，并测量其平衡位分数高达700 oC。两个信号具有良好定义的电场梯度（EFG），并归因于在Gd-和Ni-站点在一个有序的晶格中的In探针。第三，在低温下观察到不均匀加宽的信号。这是由于捕获，或偏析，在探针的晶格汇，如晶界（GB），具有大量的本地环境和EFG的多样性。位点分数的变化在300 ℃以上是可逆的。测量是在一对样品上进行的，这对样品在Gd中更丰富和更贫乏。值得注意的是，只有在更富Gd的样品中才有GB位点。这是解释的假设，过量的Gd偏析到晶界，并提供了一个较低的焓环境中探针原子。观察讨论了一个三能级量子系统。水平之间的焓差测定的温度依赖性的网站分数的比率的测量。发现在富Gd样品中In探针从Gd-到Ni-亚晶格的转移焓要小得多。这是由于一个大的温度依赖性的退化水平中提供给在相溶质，导致一个有效的转移焓，大大不同的差异，在网站上的fractionpies。一个可能的场景进行了讨论。对于In从GB位向Gd位和Ni位的转移，测量了不同的偏析指数，而通过宏观测量只能确定平均值。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Aliovalent Alkaline-Earth Metal Solutes on Ceria Grain Boundaries: A Density Functional Theory Study
当以多晶形式和与高浓度的异价掺杂阳离子一起使用时，二氧化铈已被证明是优异的离子传输和离子交换材料。尽管其广泛的应用，在这种材料中的原子级缺陷的影响很少研究和了解甚少。在这篇文章中，使用第一性原理模拟，我们提供了一个基本的理解的原子结构，热力学稳定性和电子性质的未掺杂晶界（GBs）和碱土金属（AEM）掺杂的GBs在氧化铈。利用密度泛函理论模拟，在GGA+U泛函下，我们发现$Σ$ 3（111）/[ $\bar{1}$ 01] GB比$Σ$ 3（121）/[ $\bar{1}$ 01] GB更稳定，这是由于在$Σ$ 3（111）/[ $\bar{1}$ 01] GB平面中更大的原子相干性。用$\sim$ 20% [M] $_{GB}$（M=Be，Mg，Ca，Sr，Ba）掺杂GB，发现GB的能量与溶质的尺寸、界面应变和GB的堆积密度呈抛物线关系。我们看到，在Ca、Sr和Ba掺杂时，GB稳定，而Be和Mg使它们结晶不稳定。电子态密度揭示，在AEM掺杂的氧化铈的带隙中或带隙上方不存在缺陷态，这高度有助于在该离子导体中保持低电子迁移率。与热力学稳定性不同，电子性质表现出对主体和溶质的结构和化学性质的复杂的相互依赖性。这项工作使异价阳离子掺杂的氧化铈GBs的原子尺度的理解作为锚，以未来的研究，可以专注于理解和改善离子传输的进步。
2020-03-27 cond-mat.mtrl-sci
First principles study on the segregation of metallic solutes and non-metallic impurities in Cu grain boundary
本研究利用密度泛函理论计算铜晶界中金属溶质和非金属杂质的偏析能，发现V、Zr、Ag有益，O、S、F、P有害，且局部畸变与弱化效应成正比。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
A model of full thermodynamic stabilization of nanocrystalline alloys
George Mason University（乔治梅森大学）
该研究提出一个结合Potts模型和晶格气体模型的多晶合金模型，用于探究晶界偏析是否能实现完全稳定的纳米晶状态。
2025-08-07 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
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
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 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
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
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
A model of thermodynamic stabilization of nanocrystalline grain boundaries in alloy systems
本文提出耦合晶界迁移与溶质扩散的二维模型，并通过动力学蒙特卡洛模拟揭示纳米晶完全热力学稳定态与零晶界自由能条件的关联。
2024-06-07 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
Characterizing solute hydrogen and hydrides in pure and alloyed titanium at the atomic scale
Ti对氢具有高亲和力，是典型的氢化物形成剂。钛氢化物是一种脆性相，可能导致钛合金的早期失效。在这里，我们使用原子探针断层扫描和电子显微镜，以调查在一组标本的商业纯钛，模型和商业钛合金的氢分布。虽然可能是在用聚焦离子束制备样品的过程中部分引入的，但我们发现在商业纯Ti和α+ \b{eta}二元模型合金中，沿α晶界和α/\b{eta}相界形成了Ti-β。在加入Al或Mo过饱和淬火的合金中，α相没有出现过饱和。
2018-03-11 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Insights into Metallic Doping Effects on Yttrium {10-10} Grain Boundary
本文利用第一性原理系统研究了34种金属元素掺杂对钇孪晶界的影响，揭示溶质偏析、强化机制及电子结构起源，并筛选出11种能同时提高晶界强度和稳定性的元素，为Y基合金掺杂优化提供理论依据。
2024-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic motifs govern the decoration of grain boundaries by interstitial solutes
本研究跨越9个数量级系统分析了Fe-B-C合金晶界五个层级结构，发现最小层级的原子基元控制着晶界最重要的化学性质，为晶界化学状态的靶向设计与钝化提供了依据。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Five-dimensional imaging of freezing emulsions with solute effects
物体与移动的凝固前沿的相互作用是许多工业和自然过程的共同特征，例如金属加工，单晶生长，细胞的低温保存或海冰的形成。固化前沿与具有不同结果的物体相互作用，从完全拒绝到完全吞没。我们图像的冷冻乳剂在5D（空间，时间和溶质浓度）与共聚焦显微镜。我们发现，溶质诱导的长程相互作用，确定凝固组织。局部溶质浓度的增加促进了预熔，从而控制了前沿对液滴的吞没和晶界的演化。冷冻乳液可以是许多固化系统的良好模拟物，其中物体与固化界面相互作用。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Universal correlation between electronic factors and solute-defect interactions in bcc refractory metals
溶质原子与晶体缺陷（如空位、位错和晶界）之间的相互作用在决定固溶体合金的物理、化学和机械性能方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个普遍的相关性之间的两个电子因素和溶质-缺陷的相互作用能的二元合金的体心立方（bcc）难熔金属（如W和Ta）与过渡金属替代溶质。一个电子因素是双峰的d-轨道局域态密度的基质原子在取代位点，和其他有关的杂化强度之间的价sp-和d-带相同的基质原子。值得注意的是，相关性是独立的类型的缺陷和替代网站的位置，下面的线性关系，为一个特定的溶质矩阵元素对。我们的研究结果提供了一个新的和定量的指导工程的基础上的电子结构的合金中的溶质-缺陷的相互作用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Extending phase field models of grain boundaries to three dimensions
在这封信中，我们描述了一种方法，将现有的多晶凝固相场模型从二维扩展到三维（3D）。
2005-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effect of solute atoms segregation on Al grain boundary properties by First-principles study
本文通过第一性原理计算研究了Mg和Cu在铝晶界中的偏析行为，发现两者均降低晶界能，但Mg削弱晶界强度而Cu增强晶界强度，为晶界偏析工程改善材料力学性能提供了理论依据。
2023-05-26 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
Solute segregation in polycrystalline aluminum from hybrid Monte Carlo and molecular dynamics simulations with a unified neuroevolution potential
本研究通过GPUMD中的混合蒙特卡洛与分子动力学方法，结合神经进化势，模拟15种溶质在多晶铝中的偏析，揭示其对强度的影响及晶界内聚力和位错机制，助力合金设计。
2024-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Cohesive and magnetic properties of grain boundaries in bcc Fe with Cr additions
从第一性原理出发，研究了纯bcc Fe和稀FeCr合金中两种对称$\Sigma3(111)$和$\Sigma5(210)$倾斜晶界的结构、内聚和磁性。考虑了Cr溶质原子的不同浓度和位置。我们发现，Cr原子置于GB晶体中使结合力提高了0.5-1.2 J/m $^2$。在晶界附近的层中的替代Cr对晶界结合力表现出各向异性的影响：当它被放置在（111）取向的Fe晶粒中时是中性的，而当它被替代在（210）晶粒的边界层中时，结合力增强（0.5 J/m $^2$）。Cr溶质的强化作用主要由粘结结合能的化学成分决定。我们的计算表明，与自由铁表面，Cr杂质偏析的Fe晶粒的边界。GB原子上的磁矩发生了很大的变化，其变化与相应的GB平面的弛豫模式相关。添加Cr的磁矩比Cr晶体中的磁矩增强2-4倍，并且与Fe原子上的磁矩反平行。
2009-09-19 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
Segregation-Controlled Diffusion-Induced Grain Boundary Migration in Alloy 690
Hunan University（湖南大学）；Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院固体物理研究所）；McGill University（麦吉尔大学）
本研究通过混合分子动力学和半大正则蒙特卡罗模拟，揭示了合金 690 中晶界迁移受溶质扩散和偏析耦合作用控制的机理。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Disconnection formation via segregation-induced grain boundary phase transitions
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
本研究通过溶质间隙分离揭示了晶界相变中无能垒的断裂形成机制，拓展了对合金系统晶界动力学的理解。
2026-03-04 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
Nanoscale perspective on the stress-corrosion cracking behavior of a peak-aged 7XXX-Al alloy
高强度7 xxx铝合金目前常用于航空航天领域，预计将越来越多地用于汽车行业以减轻重量。然而，这些合金可能对应力腐蚀开裂（SCC）敏感，这取决于回火和负载条件。合金的晶粒结构和成分被认为在确定SCC敏感性方面起关键作用。在这里，我们在纳米尺度上研究了7140铝合金的两种不同的模型变体上应力腐蚀裂纹附近的微观结构的演变。我们在热（70°C）潮湿空气中对在四分之一厚度（T/4）和中等厚度（T/2）下提取的样品进行了双悬臂梁（DCB）裂纹扩展测试，并对非工业、SCC敏感的T6条件进行了热处理。在T/4下的样品显示出较低的KISCC以及较平坦的晶粒和较高的溶质含量，而两种样品在较高的应力强度下表现出相似的裂纹扩展速率。我们报告的沉淀溶解和基体溶质富集裂纹尖端附近，与T/4的位置呈现较高的溶质水平的增加。裂纹前的近晶界显微组织发生了变化，有沉淀溶解和溶质向应力腐蚀裂纹尖端迁移的迹象。这些结果与最近关于另一种7 xxx铝合金在Cl溶液中SCC后的报告一致，支持这些机制通常发生的可能性。我们将我们的研究结果与测量的SCC行为，并提供了一系列可能的机制，可以广泛适用于高强度铝合金的SCC。
2023-03-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Structural and electronic properties of grain boundaries in graphite: Planes of periodically distributed point defects
本文报道了高取向热解石墨晶界的扫描隧道显微镜和能谱。晶界表现出周期性的结构和增强的电荷密度相比，裸露的石墨表面。沿晶界观察到两种可能的周期性结构。本文提出了一个在石墨基面上产生周期性分布点缺陷的几何模型来解释晶界结构。晶界上的扫描隧道谱显示在-0.3V和0.4V处有两个强的局域态。
2008-10-31 cond-mat.mtrl-sci
