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An integrated experimental and computational study of diffusion and atomic mobility of the aluminum-magnesium system
Acta Materialia ( IF 9.4 ) Pub Date : 2020-05-01 , DOI: 10.1016/j.actamat.2019.12.054
Wei Zhong , Mohammad Shahriar Hooshmand , Maryam Ghazisaeidi , Wolfgang Windl , Ji-Cheng Zhao

Abstract Diffusion between Al and Mg was investigated comprehensively using both high-throughput experiments and density functional theory (DFT) calculations. Experimental diffusion coefficients in fcc Al, hcp Mg, β–Mg17Al12, γ–Mg2Al3 and e − Mg23Al30 phases were collected by combining diffusion multiples with forward-simulation analysis together with a critical review of the experimental studies in the literature. The best settings to compute the dilute (impurity) diffusion coefficients of Al and Mg using DFT were tested by comparing the computed data using various DFT settings with the critically assessed experimental diffusion coefficients in stable phases (fcc Al and hcp Mg). The optimal DFT settings were employed to calculate the dilute diffusion coefficients of Al and Mg in metastable (hypothetical) phases (hcp Al and fcc Mg) where experimental measurements were impossible. The atomic mobilities of Al and Mg in the Al–Mg binary system across the entire composition range were then reliably optimized for both the fcc and hcp phases based on the comprehensive diffusion data obtained from both experimental measurements for the stable phases and DFT calculations for the metastable phases. This study demonstrates an efficient and reliable way to develop fundamental mobility databases using integrated experimental and computational methods.

中文翻译:

铝镁体系扩散和原子迁移率的综合实验和计算研究

摘要 使用高通量实验和密度泛函理论 (DFT) 计算综合研究了 Al 和 Mg 之间的扩散。fcc Al、hcp Mg、β-Mg17Al12、γ-Mg2Al3 和 e - Mg23Al30 相中的实验扩散系数是通过将扩散倍数与正向模拟分析相结合以及对文献中实验研究的批判性审查来收集的。通过将使用各种 DFT 设置的计算数据与稳定相(fcc Al 和 hcp Mg)中严格评估的实验扩散系数进行比较,测试了使用 DFT 计算 Al 和 Mg 的稀释(杂质)扩散系数的最佳设置。最佳 DFT 设置用于计算亚稳态(假设)相(hcp Al 和 fcc Mg)中 Al 和 Mg 的稀释扩散系数,其中实验测量是不可能的。然后基于从稳定相的实验测量和 DFT 计算获得的综合扩散数据,针对 fcc 和 hcp 相在整个组成范围内对 Al-Mg 二元体系中的 Al 和 Mg 的原子迁移率进行了可靠优化。亚稳相。本研究展示了一种使用集成实验和计算方法开发基本移动性数据库的有效且可靠的方法。然后基于从稳定相的实验测量和 DFT 计算获得的综合扩散数据,针对 fcc 和 hcp 相在整个组成范围内对 Al-Mg 二元体系中的 Al 和 Mg 的原子迁移率进行了可靠优化。亚稳相。本研究展示了一种使用集成实验和计算方法开发基本移动性数据库的有效且可靠的方法。然后基于从稳定相的实验测量和 DFT 计算获得的综合扩散数据,针对 fcc 和 hcp 相在整个组成范围内对 Al-Mg 二元体系中的 Al 和 Mg 的原子迁移率进行了可靠优化。亚稳相。本研究展示了一种使用集成实验和计算方法开发基本移动性数据库的有效且可靠的方法。
更新日期:2020-05-01
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