[發明專利]高強韌高熵合金的設計方法

有效

• 申請號: 202011252236.6
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112542217B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 劉偉;楊飄;丁志剛;孫昊;孫浩然;趙廣軒
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C20/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

1.高強韌高熵合金的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）基于簡單的面心立方結構的周期性和原子坐標，從ATAT軟件中構建2×2×2 FCC高熵合金的準無序結構模型，通過置換合金元素，得到不同元素組合的四元合金模型；

（2）對于能夠形成穩定的單相FCC固溶體的四元合金，改變其高熵合金模型的晶格常數，用VASP軟件計算一系列晶格常數下對應的基態能量，用BM狀態方程對不同晶格常數下模型的體積-能量關系進行擬合，得到高熵合金的平衡晶格常數a、平衡體積V、平衡能量以及體積模量B；

（3）對于平衡晶格常數下的高熵合金模型，在彈性范圍內，通過在晶體不同方向施加拉應變和壓應變，應變均在彈性范圍內，得到應變-能量的關系，通過應變能公式擬合，計算晶體的彈性常數Cij；

（4）基于彈性常數，根據Viogt-Reuss平均法計算切變模量的上限G_v和下限G_r，對這兩個值取平均值得到切變模量G，結合體積模量B，計算楊氏模量E，并根據公式v=E/2G-1，計算合金的泊松比v；

（5）根據體積模量B和切變模量G計算Pugh比，用于描述材料的塑性；根據Pugh比和切變模量G、平衡晶格常數a計算維氏硬度H_v和斷裂韌性K_IC，最后根據固溶強化模型，輸入平衡晶格常數a和彈性常數C_ij，計算合金的屈服強度；

（6）建立一系列高熵合金的屈服強度和塑性因子的關系，根據強度和塑性的倒置關系，以及韌性同時由強度、塑性決定的規律，對這一系列合金進行分類，篩選出具有高強度、高塑性、高韌性性質的高熵合金成分；

（7）根據提出的描述符P=G(1+v)/(1-v)，輸入切變模量G和泊松比v，計算不同合金成分的P值，并建立與屈服強度、塑性的關系，并設計對應性質的高熵合金成分，P值越大，強度和韌性越強，塑性越差。

2.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，步驟（1）中，采用Materials studio軟件建立簡單FCC-Al晶體，通過VESTA軟件轉化成POSCAR格式，提取原子坐標和周期性信息到ATAT軟件，設置好要構建的合金的成分濃度和原子數，計算Pair關聯函數，利用蒙特卡洛算法搜索符合條件的結構，根據結構的目標函數判斷模型的合理性，最后得到高熵合金的可計算結構模型。

3.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，步驟（1）中，根據Materials project數據庫，基于簡單的面心立方結構的周期性和原子坐標，從ATAT軟件中構建2×2×2 FCC高熵合金的準無序結構模型，通過等比例置換合金元素，得到不同元素組合的四元合金模型，根據高熵合金經典描述符，包括熱力學與結構性質，判斷四元合金能否形成穩定的單相FCC固溶體；了解元素的晶體結構和基本性質，并根據高熵合金經典描述符，判斷四元合金能否形成穩定的單相FCC固溶體。