无序β-Ti_1-xNb_x合金自由能及弹性性质的第一性原理计算:特殊准无序结构和相干势近似的比较

张海军^1,2，邱实³，孙志梅³，胡青苗¹，杨锐¹

1. 中国科学院金属研究所2. 中国科学技术大学材料科学与工程学院3. 北京航空航天大学材料科学与工程学院

摘 要：采用第一性原理方法（VASP及EMTO）结合特殊准无序结构（SQS）和相干势近似（CPA）的方法,对比研究了bcc结构β-Ti_1-xNb_x无序合金的晶格参数、自由能及弹性常数随成分x的变化。结果表明,VASP-SQS及EMTO-CPA计算得到的晶格参数符合良好,均随Nb含量增加而增加,局域晶格弛豫对晶格参数的影响可以忽略;EMTO-CPA自由能计算预测β-Ti_1-xNb_x中存在相分解,但VASP-SQS计算因依赖于具体SQS结构,难以合理地描述合金的相分解。EMTO-CPA及无弛豫VASP-SQS计算得到的弹性常数C₁₁和C₁₂随Nb含量增加而增大,C₄₄减小,但EMTO-CPA高估了合金的弹性稳定性;低Nb含量时,由于β-Ti_1-xNb_x的bcc结构不稳定,导致VASPSQS计算得到的局域晶格畸变显著增加,使得考虑原子弛豫的VASP-SQS计算得到的自由能及弹性常数随Nb含量的变化偏离正常趋势。

关键词：钛合金;无序合金;特殊准无序结构;相干势近似;弹性常数;第一性原理计算;