李亚敏,江 璐,刘洪军

(兰州理工大学 部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃 兰州 730050)

镍基高温合金具有的优点与镍自身的优异性能有关[1].镍为面心立方结构,组织非常稳定,从室温到高温不发生同素异型转变；镍具有高的化学稳定性,在500℃以下几乎不氧化,常温下也不受湿气、水及某些盐类水溶液的作用.镍在硫酸及盐酸中溶解很慢,而在硝酸中溶解很快；纯镍的硬度虽然不高,但塑性却极好,尤其在低温下塑性变化不大；Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,第三电子层基本达到饱和,因此镍具有比较大的合金化能力,甚至添加十几种合金元素也不出现有害相,这就为改善镍的各种性能提供了可能.因此,研究人员经常采用合金化的方法来提高镍基合金的性能[2-4].近年来,随着计算材料的不断发展,从固体物理的角度研究合金元素的掺杂问题成为了热点[5].王云江[6]采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理贋势平面波方法研究了合金元素Ta、Mo、W、Cr、Re、Ru、Co以及Ir对γ-Ni相弹性性质的影响,并对各计算模型的晶格常数、弹性模量以及韧脆性进行了分析.结果表明,除Co和Cr外,其余合金元素均使γ相的晶格常数增大,并且所有合金元素的加入都降低了γ相和γ′相之间的晶格错配度；除了Co以外,其余的合金元素均使γ相的脆性变大.

Cu作为镍矿的伴生元素,对镍基合金组织和性能具有重要的影响[7].因此,研究Cu对镍基合金基体γ相的影响具有现实意义.本文采用第一性原理计算的方法从微观电子结构入手,研究四种不同浓度Cu的掺杂对γ-Ni相结构稳定性、弹性力学性质以及电子结构的影响；……