[发明专利]一种间隙原子在高熵合金中的扩散行为的计算方法

权利要求书

1.一种间隙原子在高熵合金中的扩散行为的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、定量化计算出合金元素在亚晶格上的占位倾向性，用占位分数表征，建立原子占位有序化晶胞模型；

步骤S2、基于第一性原理，对晶胞模型先进行体积优化，后进行原子位置优化；

步骤S3、通过比较间隙原子占据八面体和四面体间隙位置时体系的总能，根据能量最低原理，总能越低则结构越稳定，确定间隙原子占据的稳定态位置：八面体间隙位置；

步骤S4、设计扩散路径，让原子沿指定方向进行扩散；

步骤S5、确定扩散路径后，使用NEB方法在两个相邻八面体中心插入5个点；

步骤S6、计算原子在高熵合金间隙中的扩散行为，获得不同扩散路径上的扩散能垒，绘出扩散能垒波曲线，并计算获得扩散系数，扩散激活能；

所述步骤S6具体为：

扩散能垒和扩散系数的计算根据阿累尼乌斯公式，扩散系数D与温度和扩散势垒的关系：

D＝D₀exp(-E_a/k_BT)

其中，D₀为扩散常数，E_a为扩散势垒，k_B和T分别为玻尔兹曼常数和开尔文温度；根据过渡态理论，原子在固体中的跃迁率V与温度和扩散势垒的关系

V＝v exp(-E_a/k_BT)

其中ν为扩散原子的振动频率，扩散系数与原子在固体中的跃迁率的关系

D＝l²ν exp(-E_a/k_BT)

其中，l为扩散原子每次跃迁的距离，通过对扩散原子在跃迁过程中始末位置测量得到；根据温特-齐纳理论，扩散原子的振动频率ν与原子质量、跃迁距离、扩散势垒关系

ν＝(2E_a/ml²)^1/2

其中，m为单一原子的质量，已知扩散势垒，质量，跃迁距离，计算得到扩散原子在高熵合金晶格中的振动频率；将以上求得的l，ν，E_a值代入扩散系数与原子在固体中的跃迁率的关系，得到扩散原子在合金晶格中的扩散系数，同时得到扩散常数D₀：

D₀＝l²(2E_a/ml²)^1/2。

2.根据权利要求1所述的一种间隙原子在高熵合金中的扩散行为的计算方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11、基于高熵合金的相结构，构建相应的亚晶格模型，建立合金体系的端基化合物；

步骤S12、通过第一性原理计算软件包VASP与声子计算软件包Phonopy相结合，计算高熵合金中各个端基化合物和单质元素的吉布斯自由能热力学数据的离散值；

步骤S13、根据得到的吉布斯自由能与温度的对应关系，采用相图计算法的函数关系式利用数学软件包MATLAB或ORIGIN进行拟合，得出函数关系式的各个参数，进而建立端基化合物的格式化的热力学数据库；

步骤S14、根据建立的热力学数据库，运用热力学软件包Thermo-Calc或Pandat计算各原子在亚晶格的占位信息；

步骤S15、根据各原子在亚晶格的占位信息，计算出在各个亚晶格中每种原子的个数，并按相同亚晶格上原子随机分布的模式对原子分配位置，把随机分布的亚晶格合并为合金相晶格，产生体系最终的占位有序化形态的晶胞结构信息，即构建原子占位有序化晶胞模型。