Re 对Ni3Al 屈服强度及断裂强度影响的第一原理研究

胡雪兰，卢睿智，王智隆，王梦媛，王亚如

（中国民航大学中欧航空工程师学院，天津300300）

随着航空涡轮发动机的不断发展，推重比和涡轮前温度不断提高［1］，使得进一步开发发动机热端部件材料成为重点研究工作。Ni3Al 金属间化合物具有熔点高、密度小、高温性能好等特点，使其具备成为热端部件材料的潜质。但是其屈服强度较低、室温下韧性不足的缺点，限制了它进一步的发展，目前科研人员主要通过掺杂合金化元素的方法来提升Ni3Al 的力学性能。在合金化元素中，Re 的掺杂可使高温合金的强度和耐高温能力进一步提高，单晶合金的组织性能得到极大改善［2］。Gong 等基于密度泛函理论和Debye⁃Grüneisen 模型发现Re能够增强Ni3Al 的热力学性质，其归因于Re 原子与相邻主体原子间增强的化学键合［3］。Zhao 等使用第一原理计算，发现Mo—Re 原子对优先选择Al—Al 位 点，并 使 得Ni3Al 的 杨 氏 模 量 增 加［4］。Liu 等基于分子动力学和离散变分法，研究了Re 对Ni3Al沿3 种裂纹方向裂纹脆性断裂的影响，得出Re 使得Ni3Al 合金的强度增加，提高了合金的抗变形能力［5］。胡雪兰等通过第一原理计算，发现当Re 的掺杂浓度为0.93%和1.85%时，均能提高Ni3Al 的刚性和硬度，1.85%时改善效果更为明显［6］。在实验方面，Zhao 等设计了含Re 单晶Ni3Al 基合金IC21，IC21 表现出优异的蠕变性能和良好的高温抗氧化性［7］。Tian 等探究高温下含Re 的镍基高温合金蠕变过程的变形机理，得出Re 和合金中其他元素的相互作用可能会降低原子的扩散速率，从而改善微观结构的稳定性［8］。

目前关于Re 掺杂Ni3Al 方面的研究，很少涉及Re 对Ni3Al 滑移系、屈服强度以及韧性的影响。……