Si对Inconel 718合金中γ相影响的第一性原理研究

作者：刘郅澄; 周杰; 陈凡; 彭彪; 彭文屹^*; 章爱生; 邓晓华; 罗显芝; 刘日新; 刘德武; 黄雨; 阎军

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 72(18): 310-317.

• Inconel 718合金
• 第一性原理
• γ相
• Si掺杂

随着航空航天、能源化工等领域的快速发展,人们对高温合金的性能提出了更高的期望.Inconel 718 (简称IN 718)是目前用量最大的镍基高温合金,目前国内外关于Si对IN 718合金组织与性能影响的研究,尤其是在微观尺度上的研究,还存在大量空白.本文从第一性原理计算出发研究了Si掺杂对IN 718合金中γ相的影响,计算了Si掺杂前后γ相的晶格常数、总能量、缺陷形成能、形成热、结合能、态密度和差分电荷密度,并进行了布居分析.同时利用等离子熔覆的方法制备了IN 718涂层以及Si质量分数为2%的IN 718涂层,并对其进行显微组织及相结构的分析.计算结果表明,Si的掺杂改变了体系内原子的交互作用,影响了原子之间的价电子数量、电荷密度分布及原子之间键合的强度,从而扩大了γ相的晶胞体积,同时降低了γ相的稳定性.实验结果表明,Si掺杂会使得IN 718合金涂层组织发生由柱状晶向等轴晶的转变,并降低IN 718合金中γ相的体积分数,同时,Si掺杂会加剧合金组织内Nb和Cr元素的偏析.

• 单位
  材料学院; 江西铜业股份有限公司德兴铜矿; 南昌大学