工程施工技术

基于第一性原理的Cu-Fe-P合金析出相结构与性能研究

李欣洋 (中北大学材料科学与工程学院), 赵宇宏 (中北大学材料科学与工程学院), 罗文远 (太原晋西春雷铜业有限公司), 段庆阳 (太原晋西春雷铜业有限公司), 王少华 (太原晋西春雷铜业有限公司), 冯泽强 (太原晋西春雷铜业有限公司), 柏国宁 (中北大学材料科学与工程学院), 顾涛 (中北大学材料科学与工程学院)

摘要


Cu-Fe-P合金因其优异的导电性、强度及耐蚀性能而被广泛应用于电子、电气和能源领域。为揭示Cu-Fe-P合金中Fe、P及微合金化元素对析出相结构稳定性与力学性能的影响关系，文中采用第一性原理计算，系统分析了Cu-Fe-P合金中Fe?P和Fe?P析出相的稳定性及Ti、Zn、Ag、B、Mg、Sn、Zr七种微合金化元素对Fe?P和Fe?P析出相稳定性和弹性性能等力学性能的影响关系。结果表明，Fe?P的形成焓为-0.46 eV/atom，低于Fe?P的-0.30 eV/atom，表现出更优的热力学稳定性。微合金化元素Ti在Fe位点掺杂能显著降低形成焓（-3.85 eV/atom），并引起晶格膨胀。掺杂后体模量提升（Fe?P-Ti体系达193 GPa），但削弱了Fe-P共价键合，导致剪切模量与硬度降低。Ag和B掺杂可有效改善材料切削性能，研究成果为Cu-Fe-P合金的组织调控与性能优化提供了理论依据。

关键词


Cu-Fe-P合金；第一性原理计算；析出相稳定性；微合金化

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DOI: https://doi.org/10.33142/ect.v3i9.17858

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