钛合金中原子迁移性质的第一原理计算

钛合金作为一种重要的航空材料,具有比强度高、耐蚀性好等优异性能,并具有一定的高温蠕变抗力。但是在更高温度下,有限的蠕变抗力限制了钛合金的进一步应用。研究表明,钛合金稳态蠕变过程蠕变激活能与合金的表观扩散激活能非常接近,说明原子的扩散与蠕变过程密切相关。采用第一性原理方法,计算了钛合金中常见的杂质及合金原子的迁移能垒。结果表明,对以空位机制扩散的合金原子,其在基面内迁移的能垒从高到低为Al、V、Ti、Sn、Ta、Mo、Nb、Zr,面间原子迁移由难到易为Al、Sn、V、Ti、Ta、Mo、Nb、Zr。以间隙机制迁移的Co、Fe、Ni迁移能垒较低,与实验观测到的这些原子为快扩散原子相符。