宋庆功，杨宝宝，赵俊普，秦国顺，郭艳蕊，胡雪兰



Zr和(或)Mn替位掺杂-TiAl基合金的延性与电子性质

宋庆功1, 2，杨宝宝1，赵俊普1，秦国顺2，郭艳蕊1，胡雪兰2

(1. 中国民航大学理学院低维材料与技术研究所，天津 300300；2. 中国民航大学中欧航空工程师学院，天津 300300)

采用密度泛函理论计算研究Zr和(或)Mn替位掺杂-TiAl形成的8个合金体系的几何结构、形成能、弹性模量、能带结构和重叠布居数等。结果表明：各个掺杂体系的总能量和原子平均形成能均是负值，表明它们具有较好的能量稳定性、在特定条件下是可以实验制备的。Zr或(和)Mn单(双)替位掺杂可以改善此类-TiAl基合金体系的轴比()和弹性模量比(/)，特别是Ti12Al11Zr、Ti12Al11Mn、Ti11MnAl11Zr和Ti11ZrAl11Mn的轴比更接近于1，/接近1.75，预报这4个掺杂体系均具有较好的延性。这为探索改善-TiAl基合金的延性提供了理论依据。根据对典型掺杂体系电子性质和重叠布居数分析，发现Zr和Mn掺杂使体系的共价键强度降低、金属键强度增强，从而提高了面间的可动性，有利于改善合金的延性。

-TiAl基合金；Zr掺杂；Mn掺杂；延性；电子性质；第一性原理

-TiAl基合金具有较低密度、较高的高温强度和抗蠕变性能，同时也具有良好的抗氧化性能，是一种综合性能较好的新型航空航天高温结构材料，一直受到人们的重视[1−3]。但由于其室温拉伸延性、断裂性能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]。为了改善-TiAl基合金的性能，科研工作者[6−9]进行了大量理论探索和实验研究，取得了许多进展，其中合金化和微合金化方法能通过改变合金的电子结构、键合类型及强度来改变合金的显微组织结构，进而调节材料的宏观性质而受到更多青睐。……