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

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(S_1,S_2,S_3,S_4,S_(51)~S_(55),S_(61)~S_(65),S_7和S_8)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S_(61)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S_(51),S_(52),S_(63)和S_(64))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。