镍基单晶高温合金多组元置换的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理分别研究了镍基单晶高温合金γ-Ni与γ′-Ni_(3)Al相中Al及3d(Ti、Cr、Co、Ni)、4d(Mo)、5d(Hf、Ta、W)9种合金元素的相择优与位点择优占位,计算了1062种单位点、双位点和三位点掺杂体系的置换能。结果表明:所研究的合金元素都倾向于占据γ-Ni相。当合金元素掺杂γ′-Ni_(3)Al相时,其位点择优与掺杂元素的原子半径密切相关,掺杂元素的原子半径越小,掺杂元素原子越倾向于占据Ni位,掺杂元素的原子半径越大,掺杂元素原子越倾向于占据Al位。用Al、Ti、Ta和Hf置换γ-Ni相中的Ni位点时,缺陷构型的能量较稳定,而且使其他元素在其近邻位点的置换也较稳定。多组元的多位点共掺杂可形成稳定缺陷复合结构,可能在镍基单晶高温合金的固溶强化机制中起重要作用。