徐沛瑶，王宇飞，高海燕, 3，王 俊, 3，孙宝德, 3



合金元素对Cu/-Fe界面特性影响的第一性原理研究

徐沛瑶1, 2，王宇飞1, 2，高海燕1, 2, 3，王 俊1, 2, 3，孙宝德1, 2, 3

(1. 上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200240；2. 上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室，上海 200240；3. 上海交通大学 金属基复合材料国家重点实验室，上海 200240)

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算合金原子在Cu/-Fe界面不同点阵位置的置换能，确定合金元素在Cu/-Fe界面模型的占位。通过对晶格错配度、界面结合能、界面能和电子结构的计算分析合金元素对Cu/-Fe界面特性的影响。计算结果表明：合金元素B、Si、P、Al、Zr使界面结合能增大，增强Cu/-Fe界面稳定性；B、Si、P等11种合金元素则会使界面能降低，有利于-Fe的时效析出形核。因此，B、Si、P、Al、Zr可以促进-Fe的析出，同时形成稳定的-Fe相。通过合金原子相对体积、晶格错配度和差分电荷密度的计算，分析合金元素的作用机制。

Cu/-Fe界面；第一性原理；界面能；界面结合能

形变 Cu-Fe原位复合材料是一种极具潜力的高强度高导电铜基材料[1]，具备原料来源广、制备成本低、理论上具有高强高导性能等优势。然而由于Fe在Cu中的高温固溶度较大，低温下Fe析出动力学缓慢，导致过饱和Fe原子引起强烈的杂质散射，严重降低电导率。多元合金化是改善Cu-Fe原位复合材料性能的重要途径，Ag、P、Cr等元素已被报导应用于Cu-Fe合金的多元合金化中[2−6]。WANG等[7]通过在 Cu基体中溶质原子−空位结合能的计算，筛选出了可行的14种合金元素：Ag、Al、B、Bi、Cd、Ge、In、Mg、P、S、Sb、Si、Sn、Zr。如何在这诸多合金元素中筛选出有利的合金元素的一直是个尚待解决的问题。……