W-Re二元合金弹性和热力学性质的第一性原理计算

摘要

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法从原子尺度对不同成分W-Re二元合金的弹性性能和热力学性能进行了研究.根据特殊准随机模型构建不同成分合金的无序固溶体模型,并对其晶格结构进行了优化.计算结果表明,随着固溶体中Re原子浓度的增加,生成焓和结合能的数值变大,固溶体越难生成,固溶体的稳定性越差.通过电子态密度对固溶体稳定性进行了解释.采用应力-应变法对优化后结构的独立弹性常数进行计算,结果表明,本工作构建的所有固溶体均满足力学稳定性判据.根据V-R-H(Voigt-Reuss-Hil)近似对固溶体各项力学常数进行计算,结果表明,随着固溶体中Re原子浓度的增大,其体模量不断增大,剪切模量和杨氏模量不断减小.由各脆韧性判据可知,各固溶体均呈韧性,且提高Re原子的浓度会提升固溶体的韧性.最后在准谐近似的基础上计算不同成分合金的声子谱和相应的声子态密度,W12 Re4声子谱中存在大量虚频,表明该结构不能稳定存在.本工作可为W-Re合金的相关实验研究和实际生产提供一定的参考.