[发明专利]一种评价稀土原子与空位在镍基合金双相界面处相互作用的方法

摘要

本发明涉及一种评价镍基单晶高温合金中稀土元素效应微观机理的方法，首先构建了一种低成本的镍基合金相界面计算模型，通过在该计算模型中添加真空层和采用选择性动力学模式对模型进行弛豫优化，使其具有计算成本低、计算效率高的显著特点。本发明还提供了一种计算研究稀土元素原子与空位缺陷在相界面处相互作用的方法，通过计算稀土元素原子与空位缺陷在相界面处不同占位构型时的形成能、弹性畸变能、溶质原子‑空位结合能的研究方法，确定了稀土元素原子对合金相界面处空位浓度与宿主原子扩散的微观影响机理，为揭示镍基单晶高温合金高温氧化行为的微观机理在原子尺度上提供了可靠有效的物理信息。

主权项

1.一种镍基单晶高温合金相界面计算模型的构建方法，包括以下步骤：步骤一，构建初始γ/γ'相界面超晶胞模型，分别构建无序面心立方结构的γ‑Ni和L12有序面心立方结构的γ'‑Ni3Al超晶胞体模型，并在此基础上分别沿(002)和(001)晶面切割γ‑Ni和γ'‑Ni3Al超晶胞体模型，获得两相含表面的超晶胞板状模型，将所述板状模型按照经实验证实的(002)γ||(001)γ'共格界面取向关系进行堆垛拼接，并在一侧表面上方沿[001]方向加置一定厚度的真空层，即获得初始的γ/γ'相界面超晶胞模型；步骤二，以兼顾计算精度和计算成本为原则，确定相界面超晶胞模型在垂直于共格面[001]方向上的原子面层数，对不同层数的超晶胞模型进行形成能计算，在因层数增加而导致的形成能变化值在可接受的误差范围内的多个层数中，选择层数最少者，对所述真空层其两侧原子面上的原子采用选择性动力学模式(Selective dynamics mode)的弛豫优化方法；所述形成能的定义如下式：其中，E(Ni_nAl_mRE_l)为含稀土元素RE原子的相界面构型总能量，和分别为Ni,Al和RE原子在其稳态体材料中的单位原子能量，n,m,l分别为上述三种元素原子的数量；步骤三，确定(001)共格面的晶格常数与尺寸，分别计算共格面晶格常数为Ni的平衡晶格常数、Ni3Al的平衡晶格常数以及Ni和Ni3Al的平衡晶格常数均值的超晶胞模型的形成能，选择形成能最低者，对具有不同共格面尺寸的超晶胞模型进行形成能计算，在因每层原子数增加而导致的形成能变化值在可接受的误差范围内的多个共格面尺寸中，选择原子数最少者。