導(dǎo)讀：本研究報道了一種集成的實(shí)驗和計算方法，可以對Al-Mg系統(tǒng)中的fcc和hcp相進(jìn)行可靠的原子遷移率評估，獲得了無法實(shí)驗測量的亞穩(wěn)態(tài)相（即hcp Al和fcc Mg相）的擴(kuò)散數(shù)據(jù)，將有助于合金的設(shè)計優(yōu)化。

　　集成計算材料工程（ICME）通過結(jié)合計算工具來加速新合金的設(shè)計與工藝優(yōu)化。建立相關(guān)的熱力學(xué)和動力學(xué)（遷移率）數(shù)據(jù)庫時，CALPHAD（PHAse圖的計算）方法是預(yù)測多組分相平衡和模擬動力學(xué)過程的強(qiáng)大工具之一。在CALPHAD框架下開發(fā)了諸如Thermo Calc，Pandat和FactSage之類的商業(yè)軟件包。目前已經(jīng)開發(fā)了可靠的Al原子遷移數(shù)據(jù)庫。相反，Mg的擴(kuò)散數(shù)據(jù)非常有限，只有一個初步的鎂遷移率數(shù)據(jù)庫可用。因此，對于建立可靠的Al和Mg遷移率數(shù)據(jù)庫至關(guān)重要。

　　在該項研究中，來自俄亥俄州立大學(xué)的研究人員分別使用有限差分法（FDM）和密度泛函擾動理論（DFPT）進(jìn)行自擴(kuò)散和雜質(zhì)擴(kuò)散預(yù)測。然后，采用最佳DFT設(shè)置來計算亞穩(wěn)相（hcp Al和fcc Mg）中的稀釋擴(kuò)散系數(shù)。相關(guān)論文以題為“An integrated experimental and computational study of diffusion and atomic mobility of the aluminum–magnesium system”發(fā)表在Acta Materialia。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420300100

　　該研究報道了一種集成的實(shí)驗和計算方法，可以對Al-Mg系統(tǒng)中的fcc和hcp相進(jìn)行可靠的原子遷移率評估。分別進(jìn)行四個擴(kuò)散倍數(shù)，收集275℃，315℃，375℃和420℃下二元Al-Mg成分的擴(kuò)散濃度分布。通過對這些分布圖進(jìn)行正向仿真分析，可以提取Al-Mg二元系統(tǒng)中所有相的互擴(kuò)散系數(shù)。新的實(shí)驗數(shù)據(jù)以及文獻(xiàn)結(jié)果使我們能夠為Al-Mg系統(tǒng)中的所有相建立一個綜合的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)據(jù)庫，該研究還為Mg17Al12和Mg2Al3金屬間化合物提供了可靠的互擴(kuò)散系數(shù)。

圖1在CALPHAD框架下，整個成分范圍內(nèi)hcp相的遷移率評估所需的擴(kuò)散系數(shù)

　　對于在CALPHAD框架下進(jìn)行的原子遷移率評估，需要亞穩(wěn)相（例如fcc Mg和hcp Al）的自擴(kuò)散和雜質(zhì)（?。U(kuò)散系數(shù)，但是這些量不能通過實(shí)驗測量。使用DFT計算來計算這些基本輸入值，以進(jìn)行CALPHAD原子遷移率評估。首先使用各種DFT設(shè)置對穩(wěn)定相（hcp Mg和fcc Al）進(jìn)行了詳細(xì)描述。最佳評估的實(shí)驗數(shù)據(jù)為DFT計算的最佳設(shè)置提供了判斷：校正后的PAW-PBE（PBEsol）用于計算過渡勢壘空位形成能和熵（特別是Al系統(tǒng)）中所有系統(tǒng)的能量和未經(jīng)校正的PAW-PBE。然后，將這些DFT設(shè)置用于計算亞穩(wěn)態(tài)fcc Mg和hcp Al相的自擴(kuò)散系數(shù)和雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)。

圖2本文總體研究思路

　　總的來說，這項研究利用實(shí)驗與計算相結(jié)合的方法獲得了從實(shí)驗測量中無法測量的亞穩(wěn)態(tài)（假設(shè)的）相（即hcp Al和fcc Mg相）的擴(kuò)散數(shù)據(jù)。該研究大大提高了Al和Mg遷移率參數(shù)的可靠性，并將有助于建立下一代Al和Mg遷移率數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫將更精確地用于動力學(xué)模擬以加速高級Al的開發(fā)。為其他系統(tǒng)的原子遷移率評估提供了參考。