黄仁忠, 刘丽丽, 魏媛媛, 刘雅娟

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院, 沈阳 110034)

0 引 言

镍基高温合金作为一种具有优异力学性能的高温结构材料,在高温领域得到了广泛的应用。这种高温合金的关键组织是合金Ni3Al(γ′相)。γ′-Ni3Al具有异常的屈服应力行为和优良的高温力学强度。其在镍基合金中体积分数高达近70%[1],是用于高温应用的商用镍基高温合金的关键强化成分[2-3]。研究表明,添加第三元取代元素可以提高γ′-Ni3Al的力学性能和高温抗氧化性[4]。在Ni3Al中,第三元取代元素可以独占Al亚晶格、Ni亚晶格,或同时占据Ni,Al 2种晶格。因此,想要研究替代元素对Ni3Al力学性能的作用,首先要清楚替代元素在Ni3Al中的占位行为。

探索替代元素在Ni3Al中的占位行为对理解和研究其对Ni3Al力学性能的强化作用十分重要。实验上,已有多种研究手段探索合金化元素在Ni3Al中的占位问题,如原子探针[5]、透射电子显微镜[6]、X射线衍射等[7]。但是,由于实验研究成本较高,只有少数的金属元素能够被重点研究。综合来看,理论研究方法可以很好地满足元素占位研究的要求。早期Freeman研究组[8]就利用第一性原理的方法研究了合金化元素在Ni3Al中的占位问题。2004年,Wang等[9]也利用第一性原理方法探究了铂族元素在Ni3Al中的占位。Ruban等[10-11]介绍了利用转移能来预测合金化元素在0 K时在Ni3Al中的占据位置优先性的方法。在诸多第三元取代元素中,发现关于Mn在Ni3Al中的占位具有较大争议。Sluiter等[12]利用基于局域密度近似的电子总能计算,得出了Ni3Al中Mn占据弱Al亚晶格的结论。……