【摘要】 根据第一性原理计算，结合统计力学，预测了铝锂相图。根据不同fcc和bcc构型的形成能（用DFT计算），确定了基态相和团簇展开哈密顿量的有效团簇相互作用系数。

利用第一性原理计[1]，结合团簇展开形式和统计力学，确定了Al-Li系的相图。基态相是由fcc和bcc构型在整个组成范围内的第一性原理计算确定的，而相变作为温度的函数是由相的热力学大势和吉布斯自由能确定的。总的来说，计算的相图与目前公认的实验相图非常一致，但模拟提供了新的见解，这对于通过热处理优化这些合金的微观结构非常重要。特别地，确定了由嵌入Al基体中的Al0.5Li0.5（001）单层组成的潜在GP区的结构。发现Al3Li是稳定相，尽管用于将Al3Li转化为AlLi的能垒非常小（几meV）并且可以通过热振动克服。此外，发现bcc-AlLi是由fcc构型的马氏体相变形成的，并且Al3Li沉淀物是AlLi成核的有利位置，因为它们包含这种fcc有序的基本嵌段。最后，给出了不同相的吉布斯自由能随温度和成分变化的多项式表达式，从而可以用于铝锂合金中尺度析出的模拟。

根据第一性原理计算，结合统计力学，预测了铝锂相图。根据不同fcc和bcc构型的形成能（用DFT计算），确定了基态相和团簇展开哈密顿量的有效团簇相互作用系数。然后，根据Metropolis蒙特卡罗模拟计算的配分函数，得到了不同相的热力学大势和吉布斯自由能随温度的变化。总体而言，根据第一性原理计算的相图与公认的实验Al-Li相图非常一致，但对模拟结果的分析为该系统的实际相位和稳定性提供了新的见解。特别是：

 

1.确定了潜在GP区的结构：它们是由嵌入Al基体中的Al0.5Li0.5（001）单层以不同间距组成的周期性结构形成的。此外，这些GP区很可能是Al3Li成核的前体，因为它们已经包含Al3Li的基本嵌段，即Al0.5Li0.5（001）单层。

 

2.发现Al3Li是稳定相，尽管用于将Al3Li转变为Al-Li的能垒非常小（几meV）并且可以通过热振动克服。AlLi（bcc）沉淀物是通过fcc构型的马氏体转变形成的，并且Al3Li沉淀物代表了AlLi成核的有利位置，因为它们包含这种fcc有序的基本嵌段。这一机制解释了为什么AlLi的沉淀总是伴随着Al3Li沉淀的粗化和消失。此外，与马氏体fcc-bcc转变形成AlLi相关的剪切应变是其在位错和晶界上的非均匀成核的原因。

 

3.计算出的相图纠正了实验相图中的一些不一致之处。此外，它预测线性化合物Al2Li3和Al4Li9在比实验相图中所示的更高的温度下是稳定的，并且在它们之间发现了新的线性化合物AlLi2。

 

4.最后，得到了不同相的吉布斯自由能随温度和成分变化的多项式表达式，可用于铝锂合金中尺度析出模拟。

[1] Liu, S., Esteban-Manzanares, G. & LLorca, J. First Principles Prediction of the Al-Li Phase Diagram. Metall Mater Trans A 52, 4675–4690 (2021).

 

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