镍基单晶高温合金具有优异的高温强度和蠕变性能,主要用于高性能航空发动机的涡轮叶片材料。为了提高高温合金的力学性能,高温合金中加入了十多种合金化元素。研究者们对这些合金化元素的作用进行了广泛的实验和探索性研究。分子动力学(MD,Molecular dynamics)方法做为一种有效的计算机模拟方法,可以从原子层次上来研究固溶元素对高温合金的力学性能的影响。原子间相互作用势在分子动力学的模拟计算中至关重要,直接影响模拟结果的可靠性。基于实验和第一原理计算,考虑到势参量变换不变性、弹性约束条件和原子间电荷转移效应,我们发展性的构建了三元Ni-Al-X(W、Ta)和四元Ni-Al-Re-WEAM势函数,并把它们应用于高温合金的性能和位错运动的研究。通过拟合单质的基本物性参量构造了金属BCC-W和金属BCC-Ta单质EAM势函数,计算得到的结构稳定性、表面能、广义平面层错能等物理量也与实验或第一原理结果符合的较好。应用Ni-Al-W势函数模拟计算表明,合金化元素W在γ(Ni)相中不倾向团聚,这与实验结果一致。应用五频率模型计算了 W在γ(Ni)相的扩散行为,得到的有效扩散激活能Qe和前置因子D0与实验值基本吻合。W降低了 γ(Ni)/γ’(Ni3Al)的晶格错配度,增大了γ’(Ni3Al)相的弹性常数。由于Ni-W之间的原子间相互作用强于Ni-Re之间的相互作用,W对γ(Ni)/γ’(Ni3Al)界面错配位错的钉扎作用强度大于Re。对于Co、Re、W三种合金化元素,钉扎作用随着原子半径的增大而增强。Ta是Ni基高温合金中重要的固溶强化元素,主要分布在γ’相中,Ta的掺杂增加了 γ’(Ni3Al)中面缺陷的能量。本文应用分子动力学方法模拟了 γ’(Ni3Al,Ta)中[110]刃位错在(001)立方面上运动,提出了不同剪切应变下位错的运动机制。模拟结果表明,位错的运动是一个很复杂的过程,在运动过程中产生了复杂Lomer-Cottrell位错锁和位错偶结构。Ta的添加使得1/2[110]分位错运动的Peierls势垒升高,减慢了刃位错在(001)立方面上的运动,同时Ta也可以减少位错偶的生成。这为探索γ’(Ni3Al)中Ta对位错运动的作用提供了有价值的理解。