第一性原理研究FeAl金属间化合物脆性

俞泽民，皮倩倩

（哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

第一性原理研究FeAl金属间化合物脆性

俞泽民，皮倩倩

（哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

为了研究FeAl金属间化合物的脆性，采用第一性原理计算方法，建立了FeAl超晶胞模型，对H原子掺杂前后的FeAl的电子结构进行计算。计算结果显示：在B2型金属间化合物FeAl中，Al原子的sp杂化轨道具有较强的方向性，参与形成的FeAl之间pd极化键导致了晶体的脆性。在H原子掺杂浓度为1.82%的情况下，FeAl体系中置入H原子，与H原子近邻的Al原子状态发生改变，更多的晶格电子为了与H原子成键，转化为共价电子，使晶体内局域金属性下降。由于H原子参与成键，晶体内形成具有明显各向异性的键络，更易于解理。

金属间化合物；FeAl；脆性；第一性原理

引言

近年来，金属间化合物被公认为是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。尽管Fe-Al金属间化合物的研究起步较晚，但因为Fe-Al金属间化合物包含Fe、Al两种普通金属元素，不含或少含战略性合金元素（如Ni，Cr等），原料成本远低于Ti-Al，Ni-Al金属间化合物，而其又具有长程有序的特殊结构，抗硫化腐蚀性能又高于后者，预计在加热元件、热交换器管、炉内紧固件、烧结多孔气体金属过滤器等方面有广泛应用，因此近年来受到了广泛的关注[1,2]。

然而，由于Fe-Al系金属间化合物存在低温脆性和温度超过600℃后材料强度和蠕变抗力急剧下降两个致命的弱点，因此这类合金未能作为结构材料在工业界得到实际应用。……