有色金属结构材料全国重点实验室李锡武教授团队JMI研究论文 | 基于高通量第一性原理计算加速发现潜在耐热Al₈Cu₄X相

该研究针对航空航天、交通运输等领域对耐热铝合金高温性能的迫切需求，传统Al-Cu合金的Ω/θ′强化相在高温下易粗化失稳的问题，系统评估了Al₈Cu₄X相在耐热铝合金中的应用潜力。研究目的旨在通过高通量第一性原理计算，系统评估Al₈Cu₄X析出相的稳定性与相变行为，为新型耐热铝合金设计提供理论指导。通过计算57种Al-Cu-X三元体系中的凸包能和相变能，筛选出具有热力学稳定性的共晶Al₈Cu₄X相（如含Ca、Sr、Y及镧系元素）和可能从Ω相转变而来的共格纳米Al₈Cu₄X相（对应33种元素）。结合机器学习辅助的符号回归方法，发现共价半径、电负性、原子体积和熔点等特征与相变能高度相关，并揭示了原子尺寸效应与电子结构效应之间的非线性耦合关系。此外，键序分析表明Al1-Al1键序与相变能高度相关（Pearson相关系数达-0.93），可作为结构特征判据。结论表明，该研究建立的筛选策略凸显了稀土元素的关键作用，为开发新型含稀土高强耐热铝合金开辟了新路径，拓宽了稀土元素在耐热铝合金中的应用边界。基金支持来自国家科技重大专项2025ZD0619700。