《高熵合金的磁性、相變機理及力學性能的理論研究》是依託北京科技大學，由田付陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高熵合金的磁性、相變機理及力學性能的理論研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：田付陽
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高熵合金(HEAs)具有獨特的微結構、高強度、耐磨性、耐腐蝕、熱物理等性能，已得到廣泛的實驗研究。雖然人們利用傳統合金理論對HEAs的形成特徵進行歸類總結，以揭示其形成規律，但HEAs的基礎理論研究還相當缺乏，特別是電子結構。基於Bloch定理的第一性原理需要構建較大的超胞，且不能達到任意摩爾比。採用相干勢近似(CPA)結合精確餅模軌道(EMTO)方法，從電子結構出發，研究3d過渡金屬和難熔金屬兩類HEAs，觀察3d-HEAs的磁性；研究固溶體結構，揭示鋁摻雜引起3d-HEAs的fcc-bcc相變機理；分析力學性能，包括彈性常數、多晶彈性模量、塑性、各向異性及理想強度等；研究合金元素分布有序性對磁性和力學性能的影響。結合Chen-Möbius反演方法，發展層間相互作用勢，計算HEAs的各種層錯能、層錯間相互作用、界面能及表面能等面缺陷能。探索低層錯能所誘導的良好塑性和具有高強度的高熵合金。
結題摘要
突破傳統合金設計理念，高熵合金的研究為合金的發展提供了更廣闊的空間。自2004年高熵合金被提出以來，就備受材料科學和凝聚態物理領域的研究人員關注。10餘年間，高熵合金的實驗研究出現了井噴式發展，而在理論方面，特別是源於量子力學的計算模擬研究相當有限。其主要原因是基於Bloch定理的第一性原理方法並不能用於處理無序合金。常規的第一性原理方法在處理複雜合金時，需要構建占用大量計算資源的較大超胞，且在化學成分上也不能達到任意摩爾比，如等摩爾比五元高熵合金不能通過超胞實現。雖可以通過特殊結構方法，即special quasi-random structure (SQS) 來模擬固溶體，但目前此方法主要套用於二元或三元合金，對於多組元合金的關聯函式難以匹配，且對於順磁態的計算較為困難，因此，關於高熵合金的電子結構、磁性、微結構及力學性能的報導有限。 從第一性原理的精確餅模軌道結合相干勢近似 (EMTO-CPA) 計算高熵合金的電子結構出發，結合彈性力學理論和Chen-Möbius 反演方法，針對高熵合金特別關注的磁性、微結構、fcc--bcc 相變、力學性能及與材料中特殊面簇相關的層錯能等方面，開展對3d和refractory-兩類HEAs的具體研究。同時，基於狀態方程和彈性參數，採用準簡諧近似的方法，計算並建立了二類典型高熵合金的熱力學性質及熱學參量，並與實驗進行了對比，對計算結果的系統性偏差進行了修正並建立了實用的模型。 通過對大量高熵合金的實驗結果收集及與實驗課題組的深入討論和分析，總結了目前實驗上已經報導的具有單相高熵合金的基本特徵並結合第一性原理計算預測了具有良好內稟塑性的高熵合金。針對3d和refractory-HEAs，使用第一性原理的EMTO-CPA計算方法，確定了典型高熵合金的計算參數，特別是3d-HEAs在不同磁態下的計算參數設定。與實驗測量對比表明，計算和預測的彈性模量相當可靠。進而，進行了相穩定性、彈性力學和熱力學參量等物性的計算。 從電子結構層次為3d-HEAs的巨觀磁性提供理論指導；澄清了近程效應對彈性參數的影響；確定實驗上不易準確測量單晶高熵合金的力學參數；結合設計具有高強度且良好內稟塑性的高熵合金。
