宋庆功，杨宝宝，赵俊普，郭艳蕊，胡雪兰

（中国民航大学a.低维材料与技术研究所；b.中欧航空工程师学院，天津 300300）

Zr和（或）Nb掺杂γ-TiAl合金的延性与结构稳定性

宋庆功a，b，杨宝宝a，赵俊普a，郭艳蕊a，胡雪兰b

（中国民航大学a.低维材料与技术研究所；b.中欧航空工程师学院，天津 300300）

采用密度泛函理论结合物理化学分析，计算了Zr和（或）Nb替位掺杂γ-TiAl形成的8个合金体系的几何结构、能量性质、弹性性质、电子性质和化学键特性。结果表明：各个掺杂体系的总能量和原子平均形成能均为负值，表明其具有较好的稳定性。掺杂体系Ti12Al11Zr、Ti12Al11Nb、Ti11NbAl11Zr和Ti11ZrAl11Nb的轴比都有所改善，更接近于1。对单掺杂体系和双掺杂体系，晶胞体积的变化与杂质原子半径的变化趋势一致，且Zr和Nb总是都倾向于替代Ti原子；掺杂体系均具有较好的延性，为改善γ-TiAl基合金的延性提供了理论依据；Zr和Nb掺杂使体系的共价键强度降低、金属键强度增强，体系的能量稳定性有所降低，因而提高了面间的可动性，有利于改善合金的延性。

γ-TiAl基合金；Zr和（或）Nb掺杂；延性；电子性质；第一性原理

γ-TiAl合金具有较低密度和较高比强度，同时还具有较高的熔点和高温抗蠕变性能等优点，因而成为航空航天、汽车发动机以及工业动力装置中综合性能较好的新型轻质耐热结构材料[1-3]。但由于其室温延性和高温抗氧化性能较差等缺点，给实际应用造成了很大困难[4-5]。为改善γ-TiAl基合金的性能，学界进行了大量理论探索和实验研究[6-10]，其中合金化和微合金化方法受到更多青睐。……