4-3、材料结构-性能数据高通量采集与数据库融合技术进展

Progress in High-throughput Materials Data Collection and Database Fusion Technique

董超芳，魏薪，李妮，纪毓成，肖葵，李晓刚^*

北京科技大学新材料技术研究院，教育部腐蚀与防护重点实验室

摘要：高性能材料的质量稳定性和耐久性问题制约着重大工程和装备用材的国产化进程，根本原因在于材料内部微观尺度上成分、组织结构控制精度低、波动大。针对上述难题和挑战，采用材料基因工程中的大数据关键技术，通过数据积累、挖掘建模、模拟仿真和共享服务的数据链建设，发展基于高通量数据采集的材料微观和宏观性能相结合的评估模型，优化实验评价技术，为加速新材料研发服务。

本文围绕7XXX系铝合金合金相与材料强度和应力腐蚀敏感性的一体化设计、理论预测和系统性评估开展研究。通过铝合金中合金相和晶界的原子模拟，结合微观结构与性能数据关系的建模，获得了不同Zn/Mg比和合金相结构下，晶界结合能、形成焓、弹性常数及态密度等原子尺度计算数据。以时效处理后的η’相为例，将Al\MgZn₂晶界结合能作为输入参数写入近场动力学模型中。采用第一性原理结合近场动力学中非局部的“键”模型，对铝合金沿晶开裂这一固体力学中的不连续多裂纹体系进行研究，建立合金相组成、大小、晶粒尺寸和取向分布等与晶界弱化、裂纹形核间的关联数据集，为设计和优化高强度铝合金提供理论支持和数据参考。

基于高通量实验、计算数据采集与处理技术，将研究内容依据类型分解成一组离散的实验和计算过程，详细采集和存储包括材料参数、样品准备步骤、实验技术、计算方法以及数据分析过程在内的基础数据，编制了获取代码版本和执行环境、解析模拟参数、数据与结果自动存储的脚本文件。设计、编制的材料基因工程数据采集与融合系统可完成材料高通量实验和计算数据的本地存储，实现数据过滤解析和数据远程跨平台传输与调用。数据融合分析中的阈值化、分类、计算相关性等输入参数集合作为数据属性文档存储，用于多模块分析处理脚本命令，可提高数据分析处理效率。

选取实际工程用高强铝合金为模型材料，采集了不同牌号和制备工艺条件下，材料的合金成分、力学性能、组织结构（SEM、EBSD、TEM等）的大量数据，与前述计算模拟所获得的数据结果进行对比分析和参数修正，旨在为新型高强铝合金研发提供支撑，以期为加速新材料的应用提供服务。

关键词：高通量采集；数据库融合；数据挖掘

通讯作者：李晓刚，电话：010-62333931，Email: lixiaogang99@263.net

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.403