2020年12月14日
高级金属合金在现代生活的关键部分，从汽车到卫星，从建筑材料到电子产品。欧洲杯足球竞彩但为特定用途创造新合金，具有优化的强度，硬度，耐腐蚀，导电性等，受到研究人员的模糊理解对构成大多数金属的微小晶粒之间的界限发生的事情的影响。
研究人员发现了一种新的方法，可以根据原始金属晶粒边界上的反应来预测金属合金的性能。在这幅图像中，彩色的点表示原子沿着这些边界聚集而不是穿透的可能性。图片由研究人员提供
当两种金属混合在一起时，次级金属的原子可能沿着晶界聚集，或者它们可能通过晶内的原子晶格扩散。材料的总体性能很大程度上取决于这些原子的行为，但直到现在还没有系统的方法来预测它们的行为。
麻省理工学院(MIT)的研究人员现在找到了一种方法，利用计算机模拟和机器学习过程的结合，对这些性能进行详细预测，从而指导用于各种应用的新合金的开发。研究结果发表在今天的杂志上自然通讯在一篇由研究生马利克·瓦吉(Malik Wagih)、博士后彼得·拉森(Peter Larsen)和材料科学与工程教授克里斯托弗·舒赫(Christopher Schuh欧洲杯足球竞彩)撰写的论文中。欧洲杯线上买球
Schuh解释说，理解多晶金属的原子级行为是一项艰巨的挑战，我们使用的金属绝大多数都是多晶金属。然而，单晶中的原子是按照有序的模式排列的，因此相邻原子之间的关系简单而可预测，而大多数金属物体中的多个微小晶体则不是这样。“晶体在我们所说的晶界处粉碎在一起。而在传统的结构材料中，有无数这样的边界，”他说。
这些边界有助于确定材料的属性。“你可以把它们想象成把晶体粘在一起的胶水，”他说。“但它们是无序的，原子混杂在一起。它们与加入的任何一种晶体都不匹配。”他说，这意味着它们提供了数十亿种可能的原子排列方式，而晶体中只有几种。创造新的合金需要试图在金属内部设计这些区域，实际上要比在晶体中设计复杂数十亿倍。”
Schuh用邻居做了一个类比。“这有点像住在郊区，你周围可能有12个邻居。在大多数金属中，你环顾四周，你会看到12个人他们离你的距离都是一样的。这完全是同质的。而在晶粒边界，你仍然有大约12个邻居，但他们都在不同的距离，他们都是不同方向上不同大小的房子。”
他说，传统上，那些设计新合金的人只是简单地跳过这个问题，或者只是看看晶界的平均性能，就好像它们都是一样的，尽管他们知道事实并非如此。
相反，该团队通过检查大量代表性情况的实际配置和交互的实际分布，然后使用机器学习算法从这些特定情况推断并提供预测值，并为整个范围提供预测值来严格接近问题可能的合金变化。
在一些情况下，沿着晶界的原子聚类是所需的性质，可以增强金属的硬度和耐腐蚀性，但它有时也可以导致脆化。根据合金的预期用途，工程师将尝试优化属性的组合。对于这项研究，基于在文献中的基本水平上描述的组合，该团队研究了200多种不同的基础金属和合金化金属组合。然后，研究人员系统地模拟了一些这些化合物以研究其晶界配置。这些用于使用机器学习生成预测，这反过来又通过更加集中的模拟验证。机器学习预测与详细测量相匹配。
因此，研究人员能够表明许多合金组合被排除为不可行的实际上是可行的，WAGIH说。他说，从本研究中编制的新数据库已经提供，可以帮助任何人在设计新合金上设计新合金。
该团队正在推进分析工作。“在我们的理想世界中，我们要做的是把元素周期表中的所有金属，然后把元素周期表中的所有其他元素加到它上面，”Schuh说。“所以你把元素周期表和它自己交叉，然后你会检查每一个可能的组合。”他说，对于大多数这些组合，基础数据尚未可用，但随着越来越多的模拟完成和数据收集，这可以集成到新的系统中。
乔治梅森大学的物理学和天文学教授Yuri Mishin没有参与这项工作，他说“合金中溶质元素的晶界偏析是材料科学中最基本的现象之一。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球偏析可以使晶界发生灾难性的脆化，或提高晶界的黏聚力和抗滑动能力。精确控制偏析能是设计具有先进机械、热或电子性能的新工艺材料的有效工具。”欧洲杯足球竞彩
但是，他补充道:现有偏析模型的一个主要限制是依赖于平均偏析能，这是一个非常粗略的近似。”他说，这是这个团队已经成功解决的挑战:“研究质量很好，核心思想通过提供一种用于快速筛选合金元素的框架来影响合金设计领域，以便它们分离晶界的能力。”
这项工作得到了美国能源部基础能源科学办公室的支持。欧洲杯线上买球
来源:https://www.mit.edu/education/