非金属间隙溶质的分离及其对 (10 1 ‾ 2 ) 双晶界稳定与强化的影响

钛因其高强度与重量比而被广泛使用，双晶界（TB）在其机械性能中起着关键作用。特别是，(10 1 ‾ 2 ) TB 影响钛的拉伸变形机制。在本研究中，使用密度泛函理论计算研究了非金属间隙溶质（NISs）在 (10 1 ‾ 2 ) TB 内的行为。考虑了六种非金属元素（H、B、C、N、O 和 F）和四种间隙位置（四面体、八面体、六面体和杂质离子）。本研究的目的是澄清 NISs 在 (10 1 ‾ 2 ) TB 处的分离和强化行为，这是钛中的主要变形 TB，从而为设计具有优良机械性能的钛合金提供指导。我们的结果显示，大多数 NISs 倾向于分离到 (10 1 ‾ 2 ) TB 处，同时一些 NISs 增强了 TB 的结合力。通过从头算拉伸测试，观察到了详细的变形行为，包括弹性变形、局部扭曲和 NIS 的迁移。这些现象突显了原子弛豫与机械性能之间的复杂相互作用。此外，提出了一种基于体积/TB 和含有及不含 NIS 的钛的多面体体积差异的体积描述符，该描述符显示出作为预测分离和强化能量的工具的潜力。这一分析为理解 NISs 对钛合金变形机制的影响以及通过优化 NIS 在 (10 1 ‾ 2 ) TB 处设计高性能钛合金提供了更深的见解。