中文摘要：

刘梓葵现任相图热力学国际权威杂志《CALPHAD》主编及美国金属学会相图委员会主席，在第一性原理计算以及热力学、动力学模拟等领域做出了开拓性的工作。国内合作者杜勇，从事相图热力学、扩散动力学以及材料设计研究近２5年，取得了一批具有国际影响的研究成果。双方合作已在国际刊物发表论文8 篇。本项目旨在引进刘梓葵在第一性原理计算和材料设计方面的研究特长，结合杜勇在相图热力学和扩散动力学实验及模拟领域的专长，研究合金元素对镍基高温合金的扩散和相稳定性的影响，建立Ni基高温合金的扩散动力学数据库，评估Ni基超合金的高温抗蠕变性能，设计出下一代抗蠕变且廉价的涡轮发电机用高温Ni基高温合金［例如少用和不用昂贵稀缺的铼（Re）元素］。本项目将开拓和引领第一性原理和相图计算为核心的材料设计，培养复合型的人才，设计出下一代廉价但拥有优异抗蠕变性能的高温Ni基高温合金。

结论摘要：

蠕变是设计高温Ni基合金时需要考虑的主要性能指标之一，本项目结合第一原理和相图计算（CALPHAD）的方法，研究合金元素X(X= Al, Co, Cr, Cu, Fe, Hf, Ir, Mn, Mo, Nb, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sc, Si, Ta, Tc, Ti, V, W, Y, Zn, Zr)对Ni基高温合金蠕变性能的影响。项目执行期内，结合双方课题组各自的优势，双方合作主要研究了合金元素X对镍基合金Ni-X弹性性能，堆垛层错能，扩散系数以及蠕变性能的影响。使用第一原理预测了合金元素对二元Ni-X合金蠕变相关性能的研究堆垛层错能，弹性性能，晶格参数，空位形成能和扩散系数；同时用CALPHAD方法建立了合金元素对多组分Ni基合金性能（堆垛层错能和扩散系数）影响数据库的核心。在本项目的资助下，合作双方还研究了铝基合金的弹性性能，LiNH2中的缺陷能，Co-Pt、Cu-Si-Zn和Al-Mn体系的热力学性质等。项目执行期内在SCI杂志Phys Rev B（影响因子3.7），J Phys Cond Matter（2.5），J Appl Phys（2.2），CALPHAD（1.7），Comput Mater Sci（1.6），Physica B（1.1）和Acta Metall Sinica（0.5）上发表了13篇文章。刘梓葵教授成功续聘了中南大学长江学者讲座教授；刘梓葵教授、商顺利副研究员每年带领博士生来中南大学合作科研1个月，杜勇教授组博士生汪炯赴刘梓葵教授课题组联合培养；期间有四名跟本项目相关的博士研究生毕业DongEung Kim（2011，宾州州立），Chelsey Zacherl（2012，宾州州立），汪炯（2012，中南大学和宾州州立），王爱军（2012，中南大学）。本项目的实施，结合了刘梓葵教授在第一原理计算及材料设计方面的研究特长和杜勇教授在相图热力学、扩散动力学实验及模拟领域的专长，研究了合金元素对镍基高温合金的扩散和相稳定性的影响，评估了Ni基高温合金的高温抗蠕变性能。本项目的完成拓展了以第一原理和相图计算为核心的材料设计方法，培养了高性能材料设计领域的复合型人才，提高了中南大学在高温镍基合金设计领域的能力，拓宽了宾州州立大学第一原理计算的应用范围。本项目的研究按照计划进行，双方合作完成了本项目的研究。