難熔元素合金化NiAl合金的第一性原理計算

盧彩彬，李新梅

(新疆大學機械工程學院，烏魯木齊 830047)

NiAl合金作為一種航空高溫結構材料，具有強度高、熔點高、化學成分變化范圍廣、耐腐蝕性好等物理性能，在航空航天領域有著廣泛的應用前景，然而，NiAl 在室溫下表現為脆性，其可塑性較差，低溫塑性差和脆性晶界斷裂限制了其實際的應用價值，合金化作為提高材料性能的一種有效方法，也是用來改善NiAl合金質量的一種有效方法[1-3]。因此，合金化作為提高NiAl金屬間化合物的室溫塑性的重要方法之一，并且已在NiAl、FeAl、TiAl等一系列金屬間化合物的研究中取得了一定的成果。

Zhang等[4]通過添加活性元素Dy，研究發現Dy能顯著改善NiAl合金的循環氧化；陳律等[5]發現隨著Mo 的加入，共晶碳化物組織發生細化，其孤立化程度顯著，這對提高合金的韌性十分有利。然而，這些原子級的機制不能通過原位實驗直接探測，因而采用第一性原理計算方法可研究化學計量NiAl、富Ni和富Al NiAl中Dy的雜質形成能和溶解能,計算表明，Dy在3種NiAl中都能很容易地溶解在Al空位中。胡雪蘭等[6]應用第一性原的方法和VASP軟件研究了NiAl金屬間化合物的P元素對其結構和力學性能的影響，研究發現P原子更易于占據Al替代位，P的加入使NiAl金屬間化合物的局域塑性減小，脆性增加。He等[7]利用密度泛函理論(density functional theory，DFT)研究了稀土元素Pr、Pm、Sm和Eu對NiAl合金的結構、彈性和電學性能的影響，研究表明，Pr、Pm、Sm和Eu都傾向于替代Al原子，均可提高NiAl合金的塑性，并且Pm的加入使NiAl具有最大的塑性，加入 Eu元素可使硬度和塑性同時得到提高。……