[发明专利]添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法及其应用

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及合金中添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法及其应用。预测方法包括：分别构建金属基体、二元固溶体、三元固溶体晶体模型以及基体元素、目标元素、添加元素的单原子模型，三元固溶体选自目标元素和添加元素第一配位层无共享原子的晶胞；通过第一性原理计算的结构优化和静态自洽，获取以上模型的晶胞体积与内聚能以及第一配位层内体积与嵌入能，观察添加元素导致金属基固溶体由二元扩展至三元过程中的数值演变趋势；依据数值演变趋势，引入三元固溶体的差分电子密度，为添加元素对目标元素固溶度的调控作用实现有效预测。本发明通过理论计算为新型合金的开发提供元素设计依据，降低合金设计盲目性。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及合金中添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着3C电子设备、车辆等领域的产业发展，金属材料的应用需求日益广泛。然而，现有成熟的合金牌号已难以满足应用的性能要求，因此迫切需要开展新型合金的设计开发工作。固溶强化是改善合金力学性能的主要思路之一，在此思路下开展的合金设计以合金元素的固溶度为核心参数。对于二元合金，合金元素的固溶度可以根据Hume-Rothery规则及其衍生方法进行直接预测。

发明人研究发现，当合金由二元扩展至多元后，添加元素会改变原二元合金中合金元素的固溶度，而固溶度的改变又将影响合金的固溶强化效果。因此，如何从调控目标元素固溶度的角度来确定多元合金中的添加元素，对于新型合金的设计具有重要意义。

而且由于目前尚缺乏预测添加元素对目标元素固溶度调控作用的理论，该方面的合金设计工作只能通过传统的实验“试错法”开展，耗费较多的时间与资源。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种合金中添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法，通过第一性原理计算，获得合金中固溶体相的结构与能量参数，并结合电子密度，准确高效地预测出添加元素对目标元素固溶度的调控作用。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法，包括：

分别构建金属基体、二元固溶体、三元固溶体晶体模型以及基体元素、目标元素、添加元素的单原子模型；

通过第一性原理计算的结构优化和静态自洽，获取金属基体、二元固溶体、三元固溶体的晶胞体积与内聚能以及第一配位层内体积与嵌入能，三元固溶体选自目标元素和添加元素第一配位层无共享原子的晶胞，分析添加元素导致固溶体由二元扩展至三元过程中的数值演变趋势。

依据固溶体的数值演变趋势，通过第一性原理计算的结构优化和静态自洽、非自洽，获取三元固溶体的差分电子密度，三元固溶体选自目标元素和添加元素互为最近邻原子的晶胞，分析价电子的分布状态。

本发明第二方面，提供一种添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法在合金设计领域中的应用。

本发明第三方面，提供一种可定向调控目标元素固溶度的合金设计方法，包括：添加元素对目标元素固溶度调控作用的预测方法。

本发明一个或多个实施例具有以下有益效果：

1)通过理论计算预测添加元素对目标元素固溶度的调控作用，为新型合金的开发提供元素设计依据，降低合金设计的盲目性，节约合金研发成本，提高研发效率。

2)研究发现本申请预测方法对于预测Mg合金中添加元素对目标元素固溶度调控作用，具有更准确的预测效果。

附图说明