铝铜合金的晶界偏析行为及析出相的理论研究

摘要

晶界偏聚行为及析出相形成对铝铜合金的力学性能提升至关重要。为研究铝铜合金中Cu元素与Al基体的相互作用,本文基于密度泛函理论,利用第一性原理方法计算了Al∑5(210)[001]晶界Cu元素的偏析能、电荷密度分布等性质,并结合AFLOW的高通量框架系统研究了不同铝铜二元析出相的晶格常数、形成能和弹性常数等信息。晶界模拟结果表明,由于尺寸效应和成键性质的变化,Cu原子在晶界上形成能更低,更易于偏聚到晶界GB2位置,偏聚能为-0.42 eV。高通量计算结果验证了在不同Cu浓度下,铝铜二元体系中会产生大量形成能为负的亚稳相,以及4种稳定的基态结构AlCu_(3),Al_(4)Cu_(9),AlCu和Al_(2)Cu。以上4种化合物的形成能分别为-0.19,-0.21,-0.20,-0.18 eV/atom,与铝基体相比,其体弹性模量和剪切模量分别提高约20%和90%。