平衡相對Al-7.8Zn-1.6M g-1.8Cu-0.12Zr鋁合金性能影響:第一性原理研究

黃元春， 肖政兵， 張歡歡， 劉 宇

(1.中南大學高性能復雜制造國家重點實驗室，長沙410083;2.中南大學機電工程學院，長沙410083;3.中南大學輕合金研究院，長沙410083;4.中南大學材料科學與工程學院，長沙410083)

Al-Zn-Mg-Cu系合金因具有比強度高，耐蝕性能好，斷裂韌性大以及焊接性能優異等特點而被廣泛研究并應用于航空航天領域［1，2］。2003年，美國鋁業公司推出了新一代高強高韌7085鋁合金(Al-7.5Zn-1. 5Mg-1.6Cu-0.12Zr，質量分數/%，下同)，由于其良好的熔鑄特性以及優異的淬透性能，在新一代飛機構件中具有巨大的應用潛力。有報道［3，4］稱，7085合金的綜合性能已全面超過7050鋁合金，在相同工藝處理下，7085合金構件的抗應力腐蝕和斷裂韌性與7050鋁合金相當，而其強度可提高15%。研究人員針對合金平衡相調控做的大量研究均表明，析出相的種類及性質對合金整體服役性能影響非常大，采用適當加工工藝對合金調控得到合理析出相一直是材料工作者的追求［3～10］。

目前，關于平衡相對7085合金性能的影響主要集中于實驗研究，采用基于密度函數理論(Density functional theory，DFT)［11］的第一性原理對該合金具體平衡相性能的系統研究鮮見報道，而探明合金平衡相的物理化學性能在合金設計以及材料處理工藝中已愈發重要。近年來，由于基于密度函數理論的第一性原理計算與實驗結果具有很好的一致性而在材料設計和性能研究方面得到了廣泛的應用［12，13］。本文采用基于密度函數理論的第一性原理方法，結合相圖熱力學計算 (CALculation of PHAse Diagrams，CALPHAD)的方法，研究了典型成分7085合金(Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr，以下簡稱7085合金)中平衡相的種類、形成熱、結合能、費米能值以及彈性常數，為合理設計7085合金提供理論指導。……