Enhanced creep performance in a polycrystalline superalloy driven by atomic-scale phase transformation along planar faults
预测在役零件的机械失效需要了解其变形行为，以及相关的动态微观结构演化，直至近原子尺度。已知溶质与由塑性形变产生的缺陷相互作用，从而影响它们在整个微观结构中的位移，并因此影响材料对激发的机械响应。这种效果在这里研究了多晶镍基高温合金与两个不同的Nb含量，导致其蠕变寿命的显着变化。在750 ℃和600 MPa下的蠕变试验表明，高Nb合金在蠕变应变速率方面表现得更好。考虑到相似的初始微观结构，机械行为的差异归因于沿平面缺陷发生的相变，由不同类型的堆垛层错和合金成分控制。电子沟道衬度成像显示两种合金中存在堆垛层错。微孪晶仅在低Nb合金中观察到，部分地合理化较高的蠕变应变速率。在高铌合金中，原子探针断层扫描证明了两种不同类型的堆垛层错的分配行为的基础上。发现超晶格本征层错（SISF）富集在Nb，Co，Cr和Mo，而只有Nb和Co偏聚在超晶格非本征层错。基于它们的成分，局部相变沿故障发生的建议，导致在高铌合金蠕变应变速率较慢。相比之下，在低Nb合金中，主要发现富集Co、Cr、Nb和Mo的SISF。根据本文提出的结果和文献中的结果，提出了一种原子尺度驱动的合金设计方法，该方法控制并促进750 ℃下沿平面断层的局部相变，旨在设计具有增强的抗蠕变性的高温合金。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale investigation of creep behavior in nanocrystalline Mg and Mg-Y alloys
镁（Mg）及其合金由于其固有的低密度而提供了减少车辆质量和能量消耗的巨大潜力。从历史上看，与其他结构铝基、钛基和铁基合金相比，广泛的适用性受到低强度性能的限制。然而，最近的研究表明，高的比强度在一些纳米晶镁合金。即便如此，由于高温蠕变载荷下的微观结构不稳定性，这些合金的应用将限于低温汽车部件。因此，本工作旨在更好地理解柱状纳米晶Mg和Mg-钇（Y）（高达3at. %）的蠕变和相关变形行为Y（10wt. % Y）），晶粒尺寸为5 nm和10 nm。采用分子动力学（MD）模拟方法，在473~723 K的不同初始温度下，对含钇和不含钇的纳米晶镁进行了0~500 MPa的恒应力加载。在纯Mg中，扩散系数和能垒的分析表明，在较低温度下（即，T <~423K），晶界扩散对蠕变变形的贡献大于晶格扩散。然而，在较高的温度下（T>~423K），晶格扩散占主导地位的整体蠕变行为。有趣的是，我们第一次证明了（101 - 1），（101 - 2），（101 - 3）和（101 - 6）边界滑移能随着钇的加入而降低。在钇存在下的这种软化效应表明，实验观察到的钇添加的高温有益效果可能归因于其他报告的蠕变强化机制或现象的某种组合，例如在晶界处形成稳定的钇氧化物或增加的森林位错硬化。
2015-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Insights into hydrogen-induced vacancy stability and creep in chemically complex alloys
Ames National Laboratory, US Department of Energy, Iowa State University（艾姆斯国家实验室，美国能源部，爱荷华州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Department of Materials Science & Engineering, Iowa State University（爱荷华州立大学材料科学与工程系）
研究揭示氢对Fe基合金中空位稳定性及蠕变行为的电子结构控制机制，通过第一性原理计算和簇动力学分析，阐明了氢含量对不同合金体系蠕变响应的影响差异。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Creep properties and deformation mechanisms of single-crystalline $γ^\prime$-strengthened superalloys in dependence of the Co/Ni ratio
钴基高温合金被认为是除镍基高温合金外最有前途的高温材料。然而，Ni似乎也是Co基高温合金中不可或缺的合金元素。为了解决基础元素对变形行为的影响，在单晶合金系列上进行高温压缩蠕变实验，该单晶合金系列被设计成呈现变化的Co/Ni比和恒定的Al、W和Cr含量。在900 °C和250 MPa下进行蠕变测试，并通过电子显微镜表征所得的微观结构和缺陷配置。随着Co/Ni比的变化，最小蠕变速率相差一个数量级以上。中间CoNi基合金表现出总体最高的蠕变强度。量化了几种强化贡献，例如$γ$相的固溶体强化、有效扩散系数或堆垛层错能。基体元素含量不同，试样的剪切机制也有很大不同。当富Ni合金表现出SISF和SESF剪切时，富Co合金在$γ^\prime$相被切割时产生扩展的APB。这主要是由于不同的平面故障的能量，所造成的一个不断变化的偏析行为。因此，它被认为是剪切电阻率和发生在$γ^\prime$相的变形机制是至关重要的蠕变性能的研究合金系列。
2021-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Extruded Mg based hybrid composite alloys studied by longitudinal impression creep
研究了Saffil短纤维和SiC颗粒以不同组合增强的抗蠕变AE 42镁合金的纵向蠕变行为，在175-300 ℃的温度范围内，在60 - 140 MPa的应力水平下，使用压痕蠕变测试技术，含有随机纤维取向的平面平行于加载方向。在175 ℃下，正常的蠕变行为，即，应变速率随应变而降低，然后达到稳定状态，在所有使用的应力下观察到。在240 ℃下，观察到高达80 MPa的正常蠕变行为，在应力以上观察到应变速率随应变而增加，然后达到稳定状态并再次降低。在300 ℃时，在所有应力下均观察到反向蠕变行为.此模式对于所有复合材料保持相同。反向蠕变行为被发现与纤维断裂。发现所有复合材料的应力指数都很高。考虑门槛应力后，应力指数在3.9 ~ 7.0之间，表明粘滞滑移和位错攀移是主要的蠕变机制。由于在任何应力水平下正常或反向蠕变行为的数据不足，未计算表观活化能Qc。混合复合材料的抗蠕变性被认为是可比的，在所有的温度和应力水平的调查与20%的Saffil短纤维增强的复合材料。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Co-deformation Between the Metallic Matrix and Intermetallic Phases in a Creep-Resistant Mg-3.68Al-3.8Ca Alloy
Mg-Al-Ca合金的显微组织由硬的晶内和晶间共晶Laves相网络嵌入软的$α$ -Mg基体中组成。对于这样的非均匀微观结构，在外部载荷下的两个阶段的机械响应和共同变形尚未完全理解。因此，我们使用纳米和微米压痕结合电子显微镜研究Mg-3.68Al-3.8Ca合金的变形行为。我们发现Mg $_2$ Ca相的硬度显著大于$α$ -Mg相，并且在测量的温度范围内保持恒定。较软的$α$ -Mg相和界面的应变速率敏感性增加，而激活体积随温度降低。在170 $^{\circ}$ ℃下，Mg-$_2$-Ca-Laves相的蠕变变形显著低于$α$ -Mg相.此外，周围和下面的微压痕的变形区取决于基体取向，并通过Laves相的存在下的影响。最重要的是，发生了从$α$相到（Mg，Al）$_2$ CaLaves相的滑移转移，并由基面携带.基于所观察到的取向关系和主动滑移系统，提出了从软$α$ -Mg相到硬Laves相的滑移传递机制。此外，我们提出了未来的合金设计策略的影响。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of interfacial dislocation network during low-stress high temperature creep of particle strengthened alloy system using discrete dislocation dynamics simulations
采用三维离散位错动力学模拟（DDD）研究了高温下颗粒强化合金系统在恒定应力作用下界面位错网络（IDN）的演化。我们已经修改了位错迁移率的法律，将恢复位错网络的攀登。显微组织由均匀分布的长方体状夹杂物镶嵌在模拟箱中组成。基于系统的模拟IDN的形成作为施加的应力的函数为规定的粒子间的间距和滑移-爬升迁移率比，我们推导出有效应力和归一化位错密度之间的关系。我们使用链接长度分析显示不动的位错链接的自相似性，无论施加的应力水平。此外，我们推导出的应变硬化材料的泰勒关系的基础上的有效应力之间的比率的活动和不活动的位错密度的依赖关系。我们证明的关系的帮助下，考虑到平衡的位错密度的倍增和湮灭率的理论模型。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Extreme high lattice-misfit superalloys with regular cubic L12 particles and excellent creep resistance
本研究通过调控Ti/Al比并引入Cr、Ta，设计出兼具高晶格错配、高固溶温度、规则立方γ′析出相与优异抗蠕变性的CoNi基高温合金。
2024-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate dissolution during deformation induced twin thickening in a CoNi-base superalloy subject to creep
本文研究了一种γ ′多峰分布的多晶Co/Ni基高温合金在800 ℃和300 MPa下的拉伸蠕变性能。该合金的持久寿命与在类似条件下测试的RR 1000相当。测试后的合金的显微组织检查揭示了沿晶界存在连续的γ '沉淀物和M23 C6碳化物。在晶粒内，二次γ '沉淀物的粗化发生在罚款三级γ'的费用。长的平面变形带，免费的γ '，也观察到穿越个别晶粒结束在晶界的步骤。对变形带的检查证实它们是微孪晶。长节的microtwins检查耗尽的γ '稳定元素在其整个宽度，这表明某些合金组合物容易沉淀溶解过程中的双增厚。基于Kolbe重排机制，提出了沉淀物溶解的机制。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Towards Superior High Temperature Properties in Low Density AlCrFeNiTi Compositionally Complex Alloys
采用感应铸造法制备了三种新型的体心立方相沉淀强化合金，它们具有随成分变化的平滑的组织梯度。所有三种合金都由无序的A2-（Fe，Cr）和L2-$_1$ -有序的（Ni，Fe）$_{2}$ AlTi型相的混合物组成，这两种相都是铸态的和在900 $^{\circ}$ ℃下长期退火后的.当Cr被Al和Ti取代时，无序相与有序相的比率、一次枝晶分数和总体显微结构粗糙度都降低。在相组成的差异进行量化，通过域平均主成分分析的能量色散光谱数据在扫描透射电子显微镜。体拉伸试验表明，保留强度近250 MPa高达900 $^{\circ}$ C的合金，其中包含纳米级的迷宫状排列的有序和无序相。一种合金，包含具有韧性树枝状区域和高抗蠕变树枝状区域的双相显微组织，显示出高温延展性和强度之间的有希望的平衡。对于这种合金，在700、750和800 $^{\circ}$ C下对宽范围的载荷条件进行拉伸蠕变试验，并揭示了上限蠕变速率，该上限蠕变速率超过类似的铁素体超耐热合金，并可与几种常规使用的高温结构合金（包括Inconel 617和718）的蠕变速率相媲美，且密度和原材料成本低得多。
2021-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Decoding Complex Compositions in Topologically Close-Packed Nano-plates of Magnesium Alloys: A High-Throughput Route to Stable Precipitates
针对镁合金中亚稳态TCP纳米板形成机制不明及试错法效率低的问题，本研究开发两步高通量筛选策略，识别出43种新型TCP纳米板，为抗蠕变镁合金设计建立理论框架。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci
The impact of nanoscale compositional variation on the properties of amorphous alloys
非晶态FeZr合金中的原子分布接近于随机分布，但在纳米尺度上不能认为是均匀的。局部组成的空间变化被确定为非晶Fe $_{1-x}$ Zr $_{x}$合金中的异常磁性能的根源。研究结果进行了讨论和概括相对于非晶和结晶材料的物理性质。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the real-time dissolution of a compositionally complex alloy using inline ICP and correlation with XPS
采用在线电感耦合等离子体法研究了单相复合合金Al 1.5TiVCr的实时溶解过程。成分复杂合金（CCA）是一个涵盖高熵合金（HEAs）或多主元素合金（MPEAs）的术语，通常以其固有的高耐腐蚀性而闻名。为了深入了解Al 1.5TiVCr合金的溶解，原子发射光谱电化学被用来测量在阳极极化过程中的合金的离子溶解。结果表明，发生不一致的溶解，与优先溶解的Al，和基本上没有溶解的Ti，直到合金击穿点。结果与X-射线光电子能谱学，揭示了一个复杂的表面氧化物包括未氧化的金属，和金属氧化物的不成比例的本体合金化元素的比例。
2019-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding creep of a single-crystalline Co-Al-W-Ta superalloy by studying the deformation mechanism, segregation tendency and stacking fault energy
系统研究了Co-9Al-7.5W-2 Ta单晶高温合金在950 °C、975 °C和1000 °C下的压缩蠕变性能，揭示了温度和Al、W和Ta等溶质扩散速度对变形机制的影响。在所有温度下观察到两个蠕变速率极小值，表明导致这些极小值的变形机制是非常相似的。原子探针断层扫描分析揭示了元素偏析堆垛层错，这已经形成在$γ\prime$阶段在蠕变。密度泛函理论计算表明隔离的W和Ta的堆垛层错和相关的堆垛层错能量的相当大的减少。由于溶质在较高的温度下扩散得更快，因此可以更快地发生分离。这导致合金明显更快的软化，因为在蠕变的早期阶段已经通过偏析促进了部分位错对$γ\prime$沉淀相的切割。这通过透射电子显微镜分析证实。因此，不仅在较高温度下较小的析出物分数是导致蠕变性能较差的原因，而且还导致部分位错导致$γ\prime$相的更快的扩散辅助剪切。这些机制的理解将有助于在未来的合金开发提供新的设计标准。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning superalloy microchemistry and creep strength from physical descriptors
我们提出了一个元素不可知的描述符集的高斯过程回归模型的高温合金性能。此外，我们还开发了一种校正方法，以提供多相合金中微观化学的最佳和最物理的预测。该模型的预测性能的高温合金微观化学，显微组织和强度性能得到证实。当在测试数据中包含新的、看不见的元素时，模型仍然能给出很好的预测;使用基于组分的描述符，这种外推到新的化学空间是不可能的。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
High-Ti induced planar-fault transformation toward superlattice extrinsic stacking faults and microtwins in crept CoNi-based superalloys
Helmholtz-Zentrum Hereon（赫尔姆霍茨-海雷恩中心）；Tsinghua University（清华大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Twente（特文特大学）；Southeast University（东南大学）；Central South university（中南大学）
高钛含量促进CoNi基超合金中超晶格外在堆垛fault和微孪晶形成，通过改变平面滑移机制提升蠕变性能。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Scaling of alloy interfacial properties under compositional strain
在材料生长和凝固过程中出现的复杂形态和微观结构通常由界面的平衡和动力学性质及其结晶各向异性决定。然而，有限的知识是可用于合金化，特别是这些界面特性的组成产生的弹性效应。在这里，我们系统地研究了这种成分的合金模型系统的界面性质的相场晶体分析的基础上，包括固-液界面自由能，动力学系数，和晶格钉扎强度的影响。这些界面量在各种范围内的材料参数的标度关系进行了识别和预测。我们的研究结果表明，合金结构和浓度的介观和微观长度尺度之间的耦合的重要影响，以及成分变化引起的压缩和拉伸界面应力的影响。这里开发的方法提供了一种有效的方法来系统地识别这些关键的材料特性，超越了传统的原子和连续体的方法。
2016-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Fermi surface origin of the interrelationship between magnetocrystalline anisotropy and compositional order in transitional metal alloys
最近，我们概述了一个计划，从第一性原理电子结构的角度研究合金的磁晶各向异性的组成顺序的影响。{ \bf 83}，5369（1999）\}，并且表明组成顺序将Co $_{0.5}$ Pt $_{0.5}$合金的磁晶各向异性能（MAE）的大小提高了大约两个数量级，并且影响平衡磁化方向。在这里，我们详细描述了我们的计划，并提出了一个深入的研究的效果，证明其费米面的起源。在Co $_{0.25}$ Pt $_{0.75}$合金中，我们发现完美的$ L1_2 $结构具有非常小的MAE，而施加方向有序使MAE提高了两个数量级。我们还提出了晶格畸变（四方化）对MAE的影响，并发现在Co $_{0.5}$ Pt $_{0.5}$合金中，它仅占所观察到的MAE的约20%，从而证实了组成顺序是MAE增强的主要参与者。我们还研究了定向的化学顺序，可以通过磁退火在同一框架内产生。我们提取的费米表面机制的效果在一个明确的研究坡莫合金。最后，我们提出费米面在许多磁性合金的磁晶各向异性和组成顺序之间的强耦合中起着重要作用。
2000-01-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Convection-induced compositional patterning at grain boundaries in irradiated alloys
通过相场建模研究辐照稀合金晶界析出相稳定性，发现溶质平流主导可形成抗粗化的成分图案。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Compositional bowing of band energies and their deformation potentials in strained InGaAs ternary alloys: a first-principles study
使用第一性原理计算，我们表明，导带和价带的能量和它们的变形势表现出不可忽略的组成弯曲应变三元半导体合金，如InGaAs。在局域密度近似和混合泛函方法的框架下，计算了这些化合物的电子结构，其中大立方超晶胞和特殊的准随机结构代表了随机合金的两种模型结构。我们发现，预测的弯曲效应的带能变形潜力是相当不敏感的功能和合金结构模型的选择。弯曲的方向由In阳离子确定，与Ga阳离子相比，In阳离子对形成具有$x\gtrsim 0.5$的In $_{x}$ Ga $_{1-x}$ As价带态有更强的贡献。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructural and compositional design principles for Mo-V-Nb-Ti-Zr multi-principal element alloys: a high-throughput first-principles study
由于多主元素合金（MPEAs）的成分空间很大，合理设计MPEAs以优化其微观组织是困难的。因此，高通量的第一性原理研究的Mo-V-Nb-Ti-Zr，耐火MPEA，进行深入了解底层的微观结构。使用蒙特卡罗模拟供电的集群扩展，我们发现的原则，管理MPEA的微观结构在一个大的组成空间，包括非等原子的组合物，并包括组成的二元，三元和四元。在休谟-Rothery规则的精神完全固溶度，我们提出了一个定量的表达式预测固溶体形成的组合物。在一个一致的框架内，我们的研究结果再现微观结构的观察（固溶体与偏析）从许多实验，并提供微观结构的预测，在成分空间中的未探索的地区。我们的工作阐明了MPEA的微观结构中的元素的分离和聚类趋势，提出了一套简单但功能强大的设计原则，为未来的实验，合理设计MPEA与所需的微观结构，优越的机械性能。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical and thermodynamical properties of $β-Cu-Al-Mn$ alloys along the $Cu_3Al \to Cu_2AlMn$ compositional line
采用第一性原理计算方法研究了沿$Cu_3Al \to Cu_2AlMn$线成分和$bcc$基结构的$Cu-Al-Mn$合金的弹性性能。从计算的弹性常数，齐纳的各向异性，声速和德拜温度确定。理论计算结果与实验数据吻合较好。通过准简谐德拜模型引入振动的影响，并研究了不同性质随温度和成分的变化。
2020-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Charge transfer electrostatic model of compositional order in perovskite alloys
我们介绍了一个静电模型，包括电荷转移，这是占所观察到的B-位点有序铅基钙钛矿合金。该模型允许A-位点之间的电荷转移，是Bellaiche和Vanderbilt的纯静电模型的推广。与Ba^{2 +}相比，Pb^{2 +}的大共价性由环境依赖的有效A位电荷来模拟。MonteCarlo模拟成功地再现了Pb基和Ba基复合物A（BB^B '} B^B'}）O_3钙钛矿合金的长程有序组成。这些模型也被推广到A位和B位掺杂的体系，如（Na_{1/2} La_{1/2}）（Mg_{1/3} Nb_{2/3}）O_3，（Ba_{1-x} La_{x}）（Mg_{(1+x)/3} Nb_{(2-x)/3}）O_3和（Pb_{1-x} La_{x}）（Mg_{(1+x)/3} Ta_{(2-x)/3}）O_3。一般的趋势再现纯静电相互作用，和电荷转移效应表明，局部结构弛豫可以提示铅基材料中不同的B-位点之间的秩序的平衡。
2000-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Performance-driven Computational Design of Multi-terminal Compositionally Graded Alloy Structures using Graphs
针对成分梯度合金（CGAs）开发中开裂、脆性相形成及高维设计空间理解不足等问题，本文整合图信息建模与设计自动化的最新进展，提出统一的性能驱动多终端CGA设计方法，突破传统双终端限制，可应用于燃气涡轮叶片等工程结构。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Navigating the Complex Compositional Landscape of High-Entropy Alloys
高熵合金存在于高维组成空间中，为实现前所未有的结构和功能特性提供了巨大的独特机会。然而，一个根本的挑战在于如何准确地预测特定的合金相和所需的性能。这篇综述文章概述了迄今为止发表的数据驱动方法，以解决设计高熵合金的指数难题。各种利用的经验参数，第一性原理和热力学计算，统计方法，和机器学习。在另一种方法中，使用唯象特征和数据启发的自适应特征在高熵固溶体相和金属间合金复合材料的预测中的有效性被证明。从熵效应的角度展望了高熵合金作为一种新型功能材料的发展前景。成功，挑战和目前的高熵合金设计的局限性进行了讨论，并提出了一些合理的未来方向。
2021-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and phase stability within the AlMoNbTiZr system: design tools and compositional boundaries for a high-entropy alloy
本研究通过实验与CALPHAD模拟，确定AlMoNbTiZr体系中单相高熵合金的Al含量阈值为10 at%，所得bcc/b2合金强度高、模量低，但无相变强化效应。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Compositional Search of Stable Crystalline Structures in Multi-Component Alloys Using Generative Diffusion Models
本研究改编CDVAE模型并扩展其能力，以高效搜索多组分合金NiFeCr的稳定晶体结构，提升重构能力约30%，并通过分子动力学模拟实现逆向设计，加速新材料发现。
2023-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Cold dwell behaviour of Ti$_6$Al alloy: Understanding load shedding using digital image correlation and crystal plasticity simulations
利用数字图像相关技术和晶体塑性模拟方法研究了粗晶Ti-6Al合金在3种不同温度下的冷保压行为。应变提取大体积晶粒蠕变期间DIC测量和用于校准晶体塑性模型。两个主要的滑移系统（基底和棱柱）的临界分辨剪切应力（CRSS）的值被确定为温度的函数。在不同温度下测定了两个晶粒对（1）“流氓”晶粒对和（2）“非流氓”晶粒对）边界上的应力。在“流氓”粮食对，在蠕变期间的应力增量被发现在“硬”粮食中观察到甩负荷。在升高的温度下，发现120 C是最坏的情况，因为发现这两个晶粒对的晶界处的应力差是三个温度中最大的。这可以归因于这样一个事实，即棱柱体和基底滑移系统的应变率敏感性在这种最坏情况下的温度下最大。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Circumventing cracking in grading 316L stainless steel to Monel400 through compositional modifications
本研究通过调整Ni浓度制备功能梯度材料连接SS316L与Monel400，并开发基于混合Scheil平衡的新热裂纹判据，有效减少凝固开裂并指导其他合金体系连接。
2024-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Multi-principal element alloy discovery using directed energy deposition and machine learning
本研究结合定向能量沉积高通量合成、自动化表征与主动机器学习强化模型，高效筛选出强度显著优于此前研究的Cr-Fe-Mn-Ni系新型多主元合金。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth in dislocation-free strained alloy films: Morphological and compositional instabilities
应变合金膜生长的稳定性和不稳定性机制是理论和实验研究者的共同兴趣。我们考虑无位错，相干，生长的合金薄膜，可以表现出形态不稳定，没有成核。我们调查这样的应变膜通过开发一个非平衡，连续模型和进行线性稳定性分析。薄膜-衬底失配应变、组分应力、沉积速率和生长温度的耦合作用决定了薄膜形貌的稳定性以及表面的亚稳分解。我们考虑了外延生长的一些现实因素，特别是弹性模量的组成依赖性和薄膜的上表面和下体之间的耦合。这些因素的相互作用导致新的稳定性结果。除了以上和以下的相干旋节温度的稳定性图，我们还计算了动力学临界厚度的不稳定性，以及其缩放行为的失配应变和沉积速率的发病。我们将我们的结果应用到一些实际的增长系统，并讨论了最近的一些实验观察相关的影响。
2002-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Active Learning for Rapid Targeted Synthesis of Compositionally Complex Alloys
针对成分复杂合金合成优化耗时长的难题，提出基于高斯过程和随机森林的主动学习方法，仅14次迭代即可找到五元合金合成参数，且支持低维体系迁移预训练，可显著加速复杂材料探索。
2024-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Comparison of derivative-free and gradient-based minimization for multi-objective compositional design of shape memory alloys
University of Cincinnati（辛辛那提大学）
针对形状记忆合金（SMAs）多目标成分设计挑战，本研究结合物理信息特征训练树基集成与神经网络模型，分别搭配无导数优化器COBYLA和基于梯度优化器TRUST-CONSTR，发现后者能更稳定找到满足马氏体起始温度与成本双目标的更优成分，为材料设计提供实用方法。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci cs.LG math.OC
Compositional Effects on Structure, Dynamics, Thermodynamic and Mechanical Properties of Zr-Cu-Al alloys
本研究通过分子动力学方法探究了Zr-Cu-Al合金成分对结构、动力学、热力学及力学性能的影响，发现富Cu且Zr浓度在30%-35%、Al含量大于20%的成分具有良好玻璃形成能力及优异性能，并揭示了二十面体有序性的关键作用。
2025-04-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Compositional gradients in sputtered Ti-Au alloys: Site-selective Au-decoration of anodic TiO$_2$ nanotubes towards enhanced photocatalytic H$_2$ evolution
Au纳米粒子在TiO $_2$表面的电子转移助催化作用可以提高光催化H $_2$的生成性能。最大化助催化效果的关键是精细控制Au纳米颗粒的尺寸和在光催化剂上的位置，这与诸如TiO $_2$形态、照射波长和路径以及光催化剂中的光穿透深度等参数有关。本文提出了一种用Au纳米粒子对阳极TiO $_2$纳米管（TN）进行本征选择性修饰的方法：通过Ti和Au共溅射制备Ti-Au合金层，其厚度方向具有成分梯度;这些层，当在自排序电化学条件下阳极化时，可以形成Au修饰的TN，其中Au纳米颗粒密度和位置根据金属合金基底中的Au浓度分布而变化。我们的研究结果表明，Au助催化剂的放置强烈影响的TN层的光催化H $_2$的演变性能。我们证明，当生长Au装饰TN时，使用具有合适的Au成分梯度的Ti-Au衬底可以导致更高的H $_2$演化速率，与传统生长的具有均匀助催化剂装饰的TN相比。作为副作用，助催化剂纳米颗粒的适当放置允许减少贵金属的量而不倾倒H $_2$释放活性。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Magnetism in Metastable and Annealed Compositionally Complex Alloys
组成复杂材料（CCM）在磁性材料的设计中呈现出潜在的范式转变。这些合金表现出长程结构有序性与有限的或没有化学有序性。因此，极端的局部环境存在着一个大的相反的磁能项，这可以表现出磁行为的巨大变化。本文介绍了（Cr，Mn，Fe，Ni）合金的磁性能。这些材料是通过室温组合溅射制备的，导致一系列具有单一BCC结构相且没有化学有序的组合物。组合生长技术允许CCM在其化学稳定相之外制备，从而能够探索否则无法获得的顺序。这些合金中混合的铁磁和反铁磁相互作用导致了受抑的磁行为，这导致了极低的矫顽力（<1 mT），其在50 K时迅速增加。在低温下，磁性达到接近500 mT的值，这与一些高各向异性磁性材料相当。与发散磁化率相称的是温度依赖磁化的非典型下降。这些影响解释了一个混合的磁相模型，包括铁，反铁，和挫折的磁性区域，并合理化的模拟。采用机器学习算法来可视化参数空间，并通知后续组成的发展。在600 °C下退火样品使样品有序化，居里温度增加一倍以上，饱和磁化强度增加5倍。同时，大的磁电阻率被抑制，导致在350 K的范围内基本上与温度无关的磁行为。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Kinetic Evaluation Favors Compositionally Diverse Multicomponent Alloy Nanoparticles for Hydrogen Evolution
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）
本研究通过结合机器学习、蒙特卡洛模拟与动力学评估，发现多组分高熵合金纳米颗粒在析氢反应中优于静态吸附能筛选的富Pt低组分组合，提出动力学筛选可补充传统静态筛选方法。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Electrical and thermal transport properties of medium-entropy SiyGeySnx alloys
无序材料的电输运和热输运性质一直是理论研究和工程应用的热点。高/中熵合金（HEAs/MEAs）作为一类具有内在成分无序性的新型材料，因其优异的力学性能而受到人们的广泛关注。相比之下，HEAs/MEAs的电和热传输特性的研究较少。在这里，我们研究了硅（Si）-锗（Ge）-锡（Sn）MEA的这两个性质，其中我们保持相同的Si和Ge含量，同时将Sn的含量从0增加到1/3，以调节构型熵，从而调节组分无序度。我们预测所有SiyGeySnx MEA是具有从近红外（0.28 eV）到可见光（1.11 eV）的宽范围带隙的半导体。我们发现，随着Sn含量的增加，带隙和有效载流子质量下降。因此，增加SiyGeySnx MEA中的组成无序增强了它们的电导率。对于SiyGeySnx MEA的热输运性质，我们的分子动力学模拟表明，在室温下，这些MEA的热导率的相反的趋势，随着组成的无序度的增加而降低，由于增强的安德森局域化和强的声子-声子非谐相互作用。具有高Sn含量的SiyGeySnx膜电极具有较强的导电性和较弱的导热性，这使得其成为一种有前途的热电功能材料。我们的工作表明，HEAs/MEAs不仅代表了一类新的结构合金，而且还代表了一类新的功能合金，具有独特的电和热传输性能。
2020-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Compositional dependence of the direct and indirect band gaps in $\text{Ge}_{1-y}\text{Sn}_{y}$ alloys from room temperature photoluminescence
在$\text{Ge}_{1-y}\text{Sn}_{y}$的最低的直接和间接的带隙的组成依赖性已被确定从室温光致发光测量。这种技术是特别有吸引力的两个过渡的比较，因为在光谱中的不同功能可以与直接和间接的差距。然而，需要对这些室温光谱进行详细建模，以高精度地提取带隙值，所述高精度是确定合金变为直接带隙半导体时的Sn浓度$y_{c}$所需的。对于直接间隙，这是使用微观模型，允许直接间隙能量的测定与毫电子伏的精度。对于间接能隙，目前的理论模型不足以描述具有紧密的间接和直接跃迁的系统的发射性质。因此，一个特设的程序是用来提取间接的间隙能量的数据。对于$y$ < 0.1，由$ΔE_{0} = -(3.57 \pm 0.06)y$（以eV为单位）给出所得到的直接带隙组成依赖性。对于间接能隙，相应的表达式为$ΔE_{\text{ind}} = -(1.64\pm 0.10)y$（单位：eV）。如果使用组成的二次函数来表示整个组成范围$0 \leq y \leq 1$上的两个跃迁能，则发现二次（弯曲）系数为$b_{0} = 2.46 \pm 0.06$ eV（对于$E_{0}$）和$b_{\text{ind}} = 0.99 \pm 0.11$ eV（对于$E_{\text{ind}}$）。这些结果意味着交叉浓度$y_{c} = 0.073_{-0.006}^{+0.007}$，远低于基于虚晶…
2014-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Compositional dependence of direct transition energies in Si$_x$Ge$_{1-x-y}$Sn$_y$ alloys lattice-matched to Ge/GaAs
Si $_x$ Ge $_{1-x-y}$ Sn $_y$三元合金是用于太阳能电池和其它光电器件的候选材料系统。我们报告的直接跃迁能量和结构特性的富锗硅$_x$锗$_{1-x-y}$锡$_y$合金与六个不同的组成高达10%的硅和3%的锡，晶格匹配的锗或GaAs衬底。使用椭圆偏振光谱法（SE）研究了在0.9和5.0 eV之间发生的直接跃迁，并且使用所得数据通过拟合多层模型来获得Si $_x$ Ge $_{1-x-y}$ Sn $_y$ n层的介电函数。通过对这些介电函数进行微分以提取临界点的位置，然后找到$E_0$、$E_1$、$Δ_1$、$E_0'$和$E_2$跃迁能的值。在结构上，使用能量色散X射线测量（EDX）测量样品的组成。从这些组合物预测的晶格常数与通过X射线衍射（XRD）获得的倒易空间图是在良好的协议。结果证实，使用相对低的Si和Sn分数（分别为$<$ 10%和$<$ 3%）可以实现1 eV的直接吸收边，而较高能量的临界点相对于Ge显示出较小的位移，并且与先前在文献中观察到或预测的结果相匹配。
2022-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic compositional ranges for selected Heusler alloys
本研究通过自旋密度泛函理论预测掺杂Heusler合金的费米能位移，确定了半金属性的成分范围，为多组分半金属的带隙工程和自旋电子应用提供了设计方法。
2020-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Compositional disorder and its influence on the structural, electronic and magnetic properties of MgC(Ni_{1-x}Co_{x})_{3} alloys using first-principles
采用原子球近似下的KKR CPA方法，对MgC（Ni_{1-x} Co_{x}）{3}合金在0 \leq x \leq 1浓度范围内的电子结构进行了第一性原理计算.用自洽计算方法研究了态方程参数、总态密度和分态密度、磁矩和在位交换相互作用参数随x的变化。为了研究磁性以及它的体积依赖性，固定自旋矩计算结合唯象朗道理论。这些计算的显著特点是（i）晶格参数和体积模量在x~0.75处的浓度无关变化，体积模量的压力导数的变化异常，（ii）对0.0 \leq x \leq 0.3合金的高估的磁基态的基于固定自旋矩的校正，使得结果与实验一致，以及（iii）在x~0.75处存在多个磁态的可能性，然而，这需要在计算中进一步改进。
2005-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Chemical Ordering and Crystal Nucleation at the Liquid Surface: A Comparison of $\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$ and $\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$ Alloys
研究了汽液界面对过冷金属合金晶化动力学的影响。虽然良好的玻璃形成剂$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$没有显示出结晶的表面增强的证据，但由于在自由液体表面处的非均质成核，$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$显示出增加的结晶速率。在界面处的组成波动的差异提出了两种合金之间的区别的解释。具体而言，我们观察到的$\rm{Ni}_{50}\rm{Al}_{50}$的表面的组成顺序，而$\rm{Cu}_{50}\rm{Zr}_{50}$合金只表现出扩散吸附的Cu在界面处。我们认为，在平面表面的组合物结晶性的一般差异是一个重要的因素，在理解这两种合金的玻璃形成能力的差异。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Active Learning Discovery of High Temperature Oxidation Resistant Refractory Complex Concentrated Alloys
School of Materials Engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）；School of Mechanical Engineering, Purdue University（普渡大学机械工程学院）
本研究通过主动学习框架发现两种高温度氧化抗性合金，兼具高硬度和热膨胀兼容性，为极端环境材料开发提供新策略。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Kinetically controlling surface atom arrangements in thermally robust, amorphous high-entropy alloy nanoparticles by solvent selection
本研究以坎托合金为模型，通过溶剂选择在纳秒脉冲激光合成中控制碳掺杂，实现非晶高熵纳米颗粒表面原子排列的动力学调控，并提出了相关形成机制。
2025-05-22 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
Development of an embedded-atom method potential of Ni-Mo alloys for electrocatalysis / surface compositional studies
本研究开发了针对Ni-Mo合金的优化嵌入原子法势，结合混合蒙特卡洛/分子动力学模拟探究其表面成分，发现镍偏聚于表面、钼偏聚于亚表层，为合金表面性能调控提供了理论支撑。
2024-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Thermoelectric Transport in a Multicomponent Alloy Space
对高熵合金热电材料的兴趣基于通过大的组成无序实现超低晶格热导率$κ\sub{L}$。然而，在这里，我们表明，对于一个给定的机制，如质量对比声子散射，$κ\sub{L}$将最小化沿二元合金具有最高的质量对比度，这样，添加一个中等质量的原子，以增加原子无序可以增加热导率。只有当每个组件都添加了一个独立的散射机制（如将应变波动添加到现有的质量波动）时，才有好处。此外，已知载流子和载热声子由于合金效应而经历散射，导致热电性能的折衷。我们应用解析传输模型，微扰和有效介质理论的基础上，预测合金散射将如何影响整个组成范围内的几个伪三元和伪四元合金系统的热和电子输运。要做到这一点，我们证明了一个多组分的扩展到热和电子的二元合金散射模型的基础上的虚晶近似。最后，我们表明，在计算热力学中使用的常见的功能形式可以应用到这个问题，以进一步概括的散射行为建模。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Influence of composition and precipitation evolution on damage at grain boundaries in a crept polycrystalline Ni-based superalloy
研究了一种多晶镍基高温合金在850 $^\circ$ C蠕变前后晶间碳化物和硼化物的组织和成分演变。包裹在晶间$\rm γ'$层内的初级MC碳化物分解，导致形成不期望的$\rm η$相的层。这些层具有对应于Ni $_{3}$ Ta的组成，如通过原子探针层析术测量的，并且它们的结构与如通过透射电子显微镜揭示的D0 $_{24}$六方结构一致。电子背散射衍射表明，它们与相邻晶粒之间存在着不同的取向差。因此，这些层作为脆性再结晶区和裂纹萌生点。蠕变后MC碳化物的组成发生了很大变化，Ta含量降低，Hf和Zr含量增加，表明Hf和Zr的添加对MC碳化物的稳定性有有益的影响。相比之下，发现$\rm M_{5}B_3$硼化物在蠕变后微观结构稳定，并且没有实质性的组成变化。发现850 $^\circ$ C的硼化物变粗，在某些情况下导致进入$\rm γ'$耗尽区，然而，在那里没有观察到裂纹。讨论了在设计新型多晶高温合金时，第二相对高温合金组织稳定性的主要影响。
2019-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Instability and decomposition on the surface of strained alloy films
本文建立了一个连续介质动力学模型，用来研究无生长时异质外延合金薄膜自由表面的形态和成分不稳定性。我们用线性稳定性分析方法研究了表面演化的早期非平衡过程，计算了不同材料参数情况下的稳定性条件和稳定性图。在我们的治疗中有两个关键的考虑因素：薄膜的顶部自由表面和下面的体相之间的耦合，以及杨氏模量和剪切弹性模量对局部组合物的依赖性。薄膜与基体晶格失配引起的不同弹性效应的组合与相互作用（失配应变）、薄膜晶格参数的成分依赖性（组成应变）和膜弹性常数的变化导致复杂和丰富的稳定性结果，特别是形态和组成分布的接头稳定性或不稳定性，拉伸层和压缩层之间的不对称性，以及即使在有效临界温度以下也可能稳定和抑制表面分解。我们还比较了我们的结果与一些postdeposition退火实验的观察。
2002-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
AlloyVAE: A generative model for complex probabilistic field-to-field relationships in alloys
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Agency for Science, Technology and Research（新加坡科技研究局）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Tsinghua University（清华大学）；HKUST Shenzhen–Hong Kong Collaborative Innovation Research Institute（香港科技大学深圳-香港协同创新研究院）
AlloyVAE通过微结构输入学习机械场的完整条件分布，解决多主元素合金中复杂、空间变化的机械场非唯一性问题，建立概率结构-性能关系，提供高维组分空间的可扩展替代方案。
2026-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning potentials for modeling alloys across compositions
该研究结合信息论与机器学习优化化学基序采样，设计机器学习势以准确捕捉合金跨组分的性能变化，并在多种合金上验证了其高精度预测能力。
2025-06-20 cond-mat.mtrl-sci
