镍基合金广义层错能的第一性原理研究

温玉锋, 孙 坚, 黄 健, 邢 辉

镍基合金广义层错能的第一性原理研究

温玉锋, 孙 坚, 黄 健, 邢 辉

(上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200240)

采用投影缀加波赝势和广义梯度近似方法计算纯镍以及含主要合金元素Cr、Co、Nb、Mo、W、Ru、Re的镍基固溶体合金的广义层错能。计算结果表明：合金元素与镍的原子半径差值ΔR及价电子数差值ΔV同时影响镍基固溶体合金的层错能和不稳定层错能，且合金元素对合金层错能的影响更为显著；镍基合金中位错交滑移和攀移能力主要与合金不稳定层错能和层错能的差值有关，其中Re、W和Mo是镍基合金最有效的固溶强化合金元素。

镍基固溶体；广义层错能；合金化；第一性原理

镍基高温合金在高温下具有高强度、高韧性、高导热性和良好的抗高温氧化特性，是一种十分重要的高温结构材料，并已被广泛地应于涡轮发动机涡轮盘、燃烧室和涡轮叶片等航空航天领域以及能源与化学工业领域[1−5]。 镍基高温合金的强化主要是沉淀硬化和固溶强化机制。一般认为，合金的固溶强化效应与合金中溶质和溶剂原子之间的原子半径、弹性模量、电负性差异以及合金的晶体缺陷等因素密切相关；合金中溶质和溶剂原子之间的原子半径、弹性模量、电负性差异越大，合金的固溶强化效应越强[6]。近年来，随着计算方法和技术的不断发展，第一性原理计算已成为研究材料各种基本性质的一种重要手段。例如YU和 WANG[7]采用第一性原理的计算方法，研究了合金元素Re、W、Mo、Ru、Co以及Cr对镍基固溶体合金层错能和位错攀移速度的影响规律。……