高熵合金Al_xCoCrFeNi（x=1，2）力学性质的第一性原理研究

论文摘要

20世纪末,传统合金已经接近成熟及饱和,在旧的合金系统中已经很难创造出新的合金体系,多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的合金设计理念,是一种具有5种以上主元而且每种主元原子分数在5%到35%之间的合金。多主元混合产生高熵效应,使合金容易形成BCC、FCC、HCP等简单的微结构。并且在很多性能上优于传统合金如高硬度、耐腐蚀、耐高温以及耐磨损等性能。引起科学界的广泛关注和积极探索。本文使用第一性原理方法研究了多主元高熵合金,通过对AlCoCrFeNi（下面简称A11）和Al2CoCrFeNi（下面简称A12）的晶格常数、立方晶体弹性常数（C11，C12,C44）、力学弹性模量的研究。得出如下关系晶格常数a（Al1）<a（Al2）与实验值趋势一致,杨氏模量E（A11）=135.28GPa与实验值E0=127GPa符合较好,误差在10%以内。G/B（Al1）=0.3745<G/B（Al2）=0.407575与C12-C44（Al1）=50.9GPa>C12-C44 （Al2）= 48.44GPa较一致,说明AlCoCrFeNi延展性较好而Al2CoCrFeNi脆性较好,以及E（Al1）< E（Al2）, GAl1< GAl2及C44（Al2）> C44（Al1）则表明Al2CoCrFeNi比AlCoCrFeNi的硬度要高这也与实验结果符合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:绪论
• 1.1 计算物理学
• 1.2 计算材料科学
• 1.3 多主元高熵合金
• 1.3.1 高熵合金的定义
• 1.3.2 高熵合金的结构特征
• 1.3.3 多主元高熵合金的性能特点
• 1.3.4 高熵合金的研发成果
• 1.3.5 高熵合金的应用潜力
• 第二章 第一性原理计算方法
• 2.1 多电子体系的薛定谔方程
• 2.1.1 玻恩-奥本海默近似（绝热近似）
• 2.1.2 哈特利-福克近似
• 2.2 密度泛函理论
• 2.2.1 Hohenberg-Koho定理证明
• 2.2.2 Kohn-Sham方程
• 2.3 交换关联泛函
• 2.3.1 局域密度近似（LDA）
• 2.3.2 广义梯度近似（GGA）
• 2.4 自洽计算
• 2.5 VASP软件包的介绍
• 第三章 多主元高熵合金和弹性模量的计算
• 3.1 高熵合金的研究背景
• 3.1.1 高熵合金的提出
• 3.1.2 高熵合金形成的热力学与动力学
• 3.1.3 高熵合金中元素对结构的贡献
• 3.2 弹性模量的计算方法
• 3.2.1 模型的选择
• 3.2.2 体心立方（BCC）和B2结构
• 3.2.2.1 体心立方结构
• 3.2.2.2 B2结构
• 第四章 高熵合金ALXCOCRFENI（X=1,2）力学性质的第一性原理研究
• 4.1 计算过程
• 4.2 结构与讨论
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 数值结果
• 4.2.2.1 弹性常数和力学性质计算
• 第五章 总结
• 参考文献