【摘 要】
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镍基单晶高温合金由于其优异的高温性能,被广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片。随着对高温合金性能要求的提高,使用了大量的难熔元素来提高其承温能力,但过量的难熔元素加入会促进拓扑密堆（TCP）相的析出,反而消耗γ基体中的合金元素,削弱γ基体的固溶强化效果。因此,TCP相的存在严重限制了高温合金的使用。Cr作为最早出现的高温合金Ni80Cr20系列中的重要元素,是TCP相中μ相的形成元素。Re是第二代镍基
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镍基单晶高温合金由于其优异的高温性能,被广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片。随着对高温合金性能要求的提高,使用了大量的难熔元素来提高其承温能力,但过量的难熔元素加入会促进拓扑密堆（TCP）相的析出,反而消耗γ基体中的合金元素,削弱γ基体的固溶强化效果。因此,TCP相的存在严重限制了高温合金的使用。Cr作为最早出现的高温合金Ni80Cr20系列中的重要元素,是TCP相中μ相的形成元素。Re是第二代镍基单晶高温合金中的代表元素,将镍基单晶高温合金的承温能力提高了大约30℃,也是TCP相中μ相的形成元素。然而Cr和Re元素对μ相形成的作用机理仍不清楚。本论文通过第一性原理的方法研究了镍基高温合金中最常出现的μ相Co7M6（M=W,Mo,Nb）的结构稳定性,电子性质及弹性性质,Cr元素在μ-Co7W6相中的择优占位倾向及Re元素在μ-Co7Mo6相中的择优占位倾向。得到了如下研究结果:（1）Co7M6（M=W,Mo,Nb）三种金属间化合物都符合能量稳定和机械稳定性条件,它们稳定的原因是各体系原子之间存在强烈的d-d轨道杂交,体系中存在共价键。结合能、态密度和电荷密度都表明Co7W6是这三种金属间化合物中最稳定的,Co7Mo6其次,Co7Nb6最差。Co7M6（M=W,Mo,Nb）三种金属间化合物在[001]方向最难变形,在[111]方向最容易变形,且在这三种金属间化合物中,Co7W6的杨氏模量最高,最难发生变形,硬度最高,Co7Mo6其次,Co7Nb6最差。（2）Cr原子掺杂Co7W6后,当Cr原子占据W位时,会降低体系稳定性,当Cr原子占据Co位时,会提高体系稳定性。态密度和电荷密度表明,当Cr原子占据W位时,Cr原子与周围原子之间的d-d轨道杂化强度减弱,结合能力降低,Cr原子占据Co位时,则正好相反,这说明Cr原子倾向占据Co7W6中的Co位。（3）Re原子掺杂Co7Mo6后,不管Re原子占据Mo位还是Co位,体系稳定性都会提高。但是Re原子占据Mo位的稳定性要弱于Re原子占据Co位。态密度和电荷密度表明Re原子占据Mo位后,其与周围原子的d-d轨道杂化增强,键合强度提高,但是其强度还是弱于Re原子占据Co位的强度。研究结果表明,Re原子倾向占据Co7Mo6的Co位。
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