Al₃Sc和Al₃Zr金属间化合物热力学性质的第一性原理计算

张旭东^1,2，王绍青¹

1. 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室2. 沈阳工业大学理学院

摘 要：应用以密度泛函理论和密度泛函微扰理论为基础的平面波赝势方法,利用第一性原理ABINIT软件,采用模守恒赝势和局域密度近似计算了L1₂结构Al₃Sc和Al₃Zr金属间化合物的结构和热力学性质.合金形成焓和结合能的计算结果表明,2种金属间化合物都有比较强的合金化能力,Al₃Zr较Al₃Sc具有更强的结构稳定性.通过热力学性质的计算,给出了2种金属间化合物的自由能、定容比热、熵、体积弹性模量和热膨胀率随温度的变化趋势.体积弹性模量随温度变化关系的结果表明,Al₃Sc和Al₃Zr析出相有利于提高铝合金的高温抗蠕变性能.热膨胀随温度的变化关系及Sc和Zr在Al基体中的扩散速率解释了采用Sc和Zr复合微合金化的铝基合金焊丝改善焊缝的强度和提高抗热裂能力的机理.

关键词：铝合金;第一性原理计算;结构特性;热力学特性;