La和Zr双掺杂γ-TiAl基合金延性与电子性质的第一性原理研究

宋庆功^1,2，赵俊普¹，顾威风¹，蒋清杰²，杨宝宝¹，郭艳蕊¹，胡雪兰²

1. 中国民航大学理学院低维材料与技术研究所2. 中国民航大学中欧航空工程师学院

摘 要：以密度泛函平面波赝势方法为基础,计算研究了16个La和（或）Zr替代掺杂γ-TiAl体系(S₁,S₂,S₃,S₄,S₅₁^S₅₅,S₆₁^S₆₅,S₇和S₈)的结构与性质。对平均形成能的计算分析表明,它们均有较好的能量稳定性;根据弹性常量和Born-Huang判据预测,除S₆₁外,15个掺杂体系均具有力学稳定性,预报它们是可以实际制备并稳定存在的。通过对比各体系的弹性模量比,发现La和Zr双掺杂体系的延性(特别是S₅₁,S₅₂,S₆₃和S₆₄)明显改善,且双掺杂体系的延性与杂质原子的相对位置关系不大。布居数、电荷密度分布计算和分析揭示,La和Zr双掺杂γ-TiAl体系各向同性程度提高、延性改善的原因在于体系中Ti 4s→3d,Al 3s→3p电荷转移明显减少、自由电子数量增多,导致p-d轨道杂化作用减弱,Al（La,Zr）-Ti共价键数量减少和Ti-Ti共价键结合强度显著增强,化学键Al-Al,Ti-Ti和Al-Ti的强度明显趋同、金属性增强。

关键词：La和（或）Zr掺杂γ-Ti Al;稳定性;延性;化学键强度;电荷密度;