基于高通量第一性原理计算的热化学数据库及其在分析增材制造 IN718 中相演变的应用

基于涉及 Ni、Fe 和 Co 合金中超过 3000 个原子结构的高通量第一性原理声子计算构建了一个综合热化学数据库,包含总计 26 种元素:Al、B、C、Cr、Cu、Hf、La、Mn、Mo、N、Nb、O、P、Re、Ru、S、Si、Ta、Ti、V、W、Y 和 Zr,提供了现有实验大体无法获得的热化学数据。该数据库可通过最小化化学势,直接由第一性原理预测给定温度与总体化学成分下的平衡相成分与分数。其被应用于增材制造的镍基 IN718 高温合金以分析随温度的相演变。特别地,我们成功预测了低温下 L1$_0$-FeNi、$\gamma'$-Ni$_3$(Fe,Al)、$\alpha$-Cr、$\gamma$-Ni$_3$(Nb,Mo)、$\gamma''$-Ni$_3$Nb 与 $\eta$-Ni$_3$Ti 的形成,中温下 $\gamma'$-Ni$_3$Al、$\delta$-Ni$_3$Nb、$\gamma''$-Ni$_3$Nb、$\alpha$-Cr 与 $\gamma$-Ni(Fe,Cr,Mo) 的形成,以及高温下 $\delta$-Ni$_3$Nb 与 $\gamma$-Ni(Fe,Cr,Mo) 的形成。这些预测通过成分分布的 EDS mapping 与相应的相分布鉴定得到验证。该数据库有望作为未来涉及这 26 种元素的合金的热力学分析与微观结构预测的宝贵来源。