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。

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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

高熵合金Al_xCoCrFeNi（x=1，2）力学性质的第一性原理研究

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