輕質(zhì)高熵合金Al20Li20Mg10Sc20Ti30彈性性質(zhì)第一性原理的研究

王 瑋，丁 凝，楊 錦，楊 敏，孟 虹，唐壁玉

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

自從2004年Yeh團(tuán)隊(duì)[1]及Cantor團(tuán)隊(duì)[2]各自獨(dú)立制備出多主元合金以來，多主元合金在材料領(lǐng)域受到大量的關(guān)注。傳統(tǒng)合金材料是以一種或兩種金屬元素為主體，再向其中加入其他金屬元素或非金屬元素，以達(dá)到增強(qiáng)性能或降低成本的目的。這樣的成分設(shè)計(jì)使得傳統(tǒng)的合金材料存在于成分相圖的頂角附近部分。不同于傳統(tǒng)合金材料的成分設(shè)計(jì)，多主元合金的主體元素有5種或5種以上，這些元素中的每一種元素的摩爾比都在5%～35%之間，這使得合金配比在成分相圖中的分布，由相圖的邊緣區(qū)域轉(zhuǎn)移到了相圖的中心區(qū)域，從而大大擴(kuò)展了材料成分的設(shè)計(jì)空間，因此是對傳統(tǒng)合金成分設(shè)計(jì)概念的一個(gè)突破。

傳統(tǒng)的合金設(shè)計(jì)認(rèn)為，當(dāng)合金中包含多個(gè)主體元素時(shí)，基于一些金屬元素之間具有較強(qiáng)的鍵合作用等原因[3]，合金中會形成大量成分不同的化合物，尤其是可能會形成大量的脆性金屬間化合物，導(dǎo)致合金的性能不能滿足應(yīng)用要求。然而，多主元合金包含多個(gè)主體元素，且呈現(xiàn)出簡單的單相無序固溶結(jié)構(gòu)（包括面心立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)、密排六方結(jié)構(gòu)）。出現(xiàn)這種有別于傳統(tǒng)認(rèn)知的現(xiàn)象，是由于當(dāng)多主元合金形成單相無序固溶結(jié)構(gòu)時(shí)，會具有比有序金屬間化合物或中間相更大的構(gòu)型熵。由熱力學(xué)定律G=H-TS（G代表吉布斯自由能，H代表焓，T代表溫度，S代表熵）可知，當(dāng)溫度大于0K時(shí)，吉布斯自由能隨著焓的增加而增加，隨著溫度及熵的增加而減小。……