【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料计算驱动的t相析出强化al-mg-zn合金成分设计方法，属于铝合金材料设计与微观组织优化。
技术介绍
1、随着工业技术的迅速发展，能源危机与环境问题日益突出，可持续发展已成为全球发展的新趋势。而发展轻量化材料成为一种有效的节能途径。铝合金因其高比强度、良好的延展性、易于回收及轻质特性，在交通、建筑和工业等领域的轻量化发展中发挥着不可替代的作用。然而，传统商业铝合金往往是在特定狭窄的应用范围内设计的高性能合金，在实际应用中，不同结构件的强度和延展性差异，导致需要采用不同的连接工艺，从而增加了生产难度和制造成本，无法满足当今的需求。
2、为了解决这些限制，亟需引入面向循环和多用途的交叉合金设计理念，开发融合不同商业铝合金优点的新型合金。其中，轻量化al-mg-zn合金是一种低密度的交叉合金，其成分范围介于5xxx和7xxx系列之间，因其析出强化相t-mg32(al,zn)49的广泛成分范围、高温力学性能优良、耐腐蚀和耐辐射等特性，成为研究热点。
3、在轻量化al-mg-zn合金体系中，t相作为主要的时效析出强化相，其析出特征对合金的强度起着重要的作用。目前，针对t相强化的al-mg-zn(-x)合金的成分调控和性能优化已有一些研究报道，但在不同的铝合金体系中，t相的成分及其析出行为仍不清楚。尽管基于材料计算驱动的材料设计方法在能源材料领域得到广泛应用，但在金属材料的设计中应用相对较少。
技术实现思路
1、基于以上现有技术，为满足新型合金的设
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种材料计算驱动的t相析出强化al-mg-zn合金成分设计方法，包括以下步骤：
4、（1）建立al-mg-zn合金t-mg32(al,zn)49相原子结构模型：
5、基于实验和模拟文献，获得析出相的基本晶体结构数据，利用特殊准随机结构方法（sqs）生成特定zn含量的本征t相晶体结构数据文件，通过vesta软件将文件转换生成本征结构模型，并对本征结构模型进行优化，获得优化后的t相结构数据文件（contcar）和体系能量 e0。
6、(2) 基于初始模型，建立掺杂合金化元素模型，然后进行能量计算和电子结构分析，筛选出促进t相析出的潜在合金化元素；具体步骤为：
7、（i）确定合金化元素的筛选范围，并对优化后的contcar文件按照晶体结构不同位点进行划分，对于al/zn位等不同位点利用随机数决定取代位置；
8、（ii）选择掺杂元素x，然后用materials studio软件中的materials visualizer模块构建掺杂元素取代mg位或al/zn位初始元素之后的晶体结构数据文件，形成各个掺杂位点的结构模型；
9、（iii）对步骤（ii）建立的各个掺杂位点的结构模型进行优化，得到掺杂x元素的t相结构数据文件（contcar）和相应掺杂体系能量；
10、（iv）通过能量指标比较去判断掺杂元素进入t相各位点的稳定性，并结合电子成键特征分析，进一步判断能量指标的合理性，筛选出潜在的促进t相析出的合金化元素。
11、（3）实验验证：基于筛选出的合金化元素设计新的合金成分，获取合金的力学性能及其微观组织特征等，通过实验迅速验证这些合金化元素对t相析出行为的促进作用，为新型铝合金的设计提供依据，并进一步优化合金性能。
12、进一步地，在所述步骤（1）中，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算程序vasp对本征结构模型进行优化。
13、进一步地，在所述步骤（1）中，优化后的t相晶格常数与实验相比，误差低于5%，本征结构模型中的zn含量接近实验的范围。
14、进一步地，在所述步骤（iv）中，能量指标为替代能或吉布斯自由能较。
15、进一步地，在所述步骤（iv）中，采用基于密度泛函理论的计算方法进行能量计算，定量描述合金元素对t相析出的影响，还可以通过机器学习或人工智能等技术实现。
16、进一步地，在所述步骤（3）中，合金的力学性能为硬度或强度。
17、本专利技术的有益效果在于：
18、1. 本专利技术通过材料计算模拟的方法，提出了一种基于合金化元素促进t相析出的设计方法。通过本专利技术方法中提出的晶体结构优化、能量计算以及电子结构分析等步骤，能够直观量化合金化元素对t相析出行为的影响。该方法通过理论计算筛选出促进t相析出的潜在合金化元素，精准指导合金设计，减少了大量重复性实验工作，为设计高性能铝合金提供了理论依据。
19、2. 本专利技术设计了一种基于计算和实验结合的铝合金t相析出强化设计流程，利用材料计算的方法对t相析出的促进机制进行深入分析。通过实验验证合金化元素对t相析出的促进作用，大大简化了传统实验方法的复杂性，节省了研发时间和成本。该方法为新型铝合金的成分设计提供了科学的理论基础和技术支持，有助于加快新材料的研发进程。
20、3. 该流程方法不仅适用于基于密度泛函理论的计算方法，还可扩展应用于机器学习或人工智能等技术，通过能量等指标筛选促进t相析出的合金化元素。无论采用何种计算方法，都可以通过该流程高效筛选出潜在的合金化元素，并与实验结合进一步验证，从而加快新型铝合金设计的进程。
21、4. 本专利技术能够应用于不同合金体系的设计与优化，拓展了新型铝合金体系的研发途径。通过筛选出具有工业应用潜力的合金化元素，本专利技术为进一步优化铝合金性能，尤其是在力学性能、抗腐蚀性等方面的改进提供指导。
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1.一种材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算程序VASP对本征结构模型进行优化。
3.根据权利要求1或2所述的材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，优化后的T相晶格常数与实验相比，误差低于5%，本征结构模型中的Zn含量接近实验的范围。
4.根据权利要求1所述的材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，其特征在于：在所述步骤（iv）中，能量指标为替代能或吉布斯自由能较。
5.根据权利要求1或4所述的材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，其特征在于：在所述步骤（iv）中，采用基于密度泛函理论的计算方法进行能量计算，定量描述合金元素对T相析出的影响。
6.根据权利要求1所述的材料计算驱动的T相析出强化Al-Mg-Zn合金成分设计方法，
...【技术特征摘要】
1.一种材料计算驱动的t相析出强化al-mg-zn合金成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的材料计算驱动的t相析出强化al-mg-zn合金成分设计方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，通过基于密度泛函理论的第一性原理计算程序vasp对本征结构模型进行优化。
3.根据权利要求1或2所述的材料计算驱动的t相析出强化al-mg-zn合金成分设计方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，优化后的t相晶格常数与实验相比，误差低于5%，本征结构模型中的zn含量接近实验的范围。
【专利技术属性】
技术研发人员：肖伟，李锡武，熊柏青，张永安，李志辉，闫丽珍，温凯，李亚楠，闫宏伟，高冠军，祝楷，石国辉，刘红伟，刘启隆，于明洋，李颖，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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