Al3Sc和Al2Cu強(qiáng)化相中點(diǎn)缺陷及原子擴(kuò)散的第一性原理研究.pdf

1、點(diǎn)缺陷及原子擴(kuò)散與材料的制備、熱處理、以及蠕變過程有密切關(guān)系。研究基于點(diǎn)缺陷的原子擴(kuò)散微觀機(jī)制，對優(yōu)化設(shè)計材料性能，改進(jìn)材料加工工藝有重要指導(dǎo)意義，然而實(shí)驗(yàn)上研究點(diǎn)缺陷以及原子擴(kuò)散是非常困難的，理論計算和模擬正好彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)研究的不足?；诿芏确汉碚摰牡谝恍栽碛嬎?，本論文深入研究了鋁合金強(qiáng)化相Al3Sc和Al2Cu中的點(diǎn)缺陷以及原子擴(kuò)散，主要研究內(nèi)容如下:
　　1、運(yùn)用第一原理計算研究了純Al3Sc和過渡元素(TM=Ti，Y，Z

2、r或Hf)摻雜的Al3Sc中的點(diǎn)缺陷及原子擴(kuò)散。首先計算得到了點(diǎn)缺陷的形成能，結(jié)果表明:在極端富Al條件下，VSc的形成能較低，較AlSc更易形成;在極端富Sc條件下，ScAl較VAl更易形成。而在化學(xué)配比附近，VAl成為主要的缺陷。然后使用爬坡彈性帶法得到了主要擴(kuò)散路徑的最小能量路徑。結(jié)合點(diǎn)缺陷的形成能和原子擴(kuò)散的遷移能壘，得到了原子擴(kuò)散的激活能壘，結(jié)果表明:Al原子通過Al空位誘導(dǎo)的最近鄰跳躍機(jī)制激活能壘最低，是主要的Al原子擴(kuò)散機(jī)

3、制，而其它擴(kuò)散機(jī)制由于具有較高的激活能壘或不穩(wěn)定的擴(kuò)散終態(tài)，對擴(kuò)散的貢獻(xiàn)非常小。在富Al條件下，Sc原子主要通過最近鄰跳躍機(jī)制擴(kuò)散，而在富Sc條件下，反位協(xié)助機(jī)制更有利于Sc原子擴(kuò)散。六跳躍機(jī)制和次近鄰跳躍機(jī)制因激活能壘很高，不利于原子擴(kuò)散。進(jìn)一步研究了典型的過渡元素(Ti，Y，Zr或Hf)摻雜對原子擴(kuò)散的影響。摻雜原子與基體原子失配度呈現(xiàn)Zr＜Hf＜Ti＜Y的增加趨勢，原子主要擴(kuò)散機(jī)制的激活能壘隨著原子失配程度的增加而增加。
　

4、　2、運(yùn)用第一原理計算研究了θ'-Al2Cu相中的點(diǎn)缺陷和原子擴(kuò)散。點(diǎn)缺陷形成能計算結(jié)果表明，在富Al條件下，AlCu缺陷較VCu缺陷形成能低，是主要的缺陷類型;在富Cu條件下，CuAl最易形成。通過計算晶格振動的聲子譜，研究了零點(diǎn)能對點(diǎn)缺陷形成能量的影響。結(jié)果表明零點(diǎn)能對點(diǎn)缺陷形成能的影響較大，但并不能改變點(diǎn)缺陷形成能大小的相對順序?；邳c(diǎn)缺陷穩(wěn)定性，進(jìn)一步研究了θ'相中的原子擴(kuò)散。結(jié)果表明Al原子的主要擴(kuò)散機(jī)制是次近鄰跳躍機(jī)制，而C