过渡金属的硼、碳、氮化物一般具有高熔点、高硬度、良好的热力学稳定性和力学稳定性,以及优异的耐化学腐蚀等特点。而铁的硼、碳、氮化物在此特点的基础上,还具有特殊的电、磁、催化等性能,是极富有潜力的非氧化物高温结构材料、电子材料、催化材料和磁性材料,被广泛应用于切削工具、耐磨部件、涂层材料和电磁元件很多领域。尤其是铁的硼、碳、氮化物的磁学性能引起人们广泛关注:高的饱和磁化强度,低的矫顽力,较高的硬度以及耐磨性使他们在磁记录材料、计算机的磁芯、磁存储材料以及特磁材料等领域有广阔的应用前景。另外,非金属元素B、C、N在钢的热处理选择中起着重要作用,通过表面渗硼,渗碳,渗氮,可以大大提高金属基体的表面硬度,耐磨性,疲劳强度,耐腐蚀性和高温抗氧化性。首先,本文基于第一性原理计算研究了六种晶系的二元Fe-X（X=B,C,N）化合物的稳定性,电子结构,磁性以及硬度,分别包括六方晶系的FeB₂、ε-Fe₃C、ε-Fe₃N、Fe₇C₃,四方晶系的Fe₂B、α′′-Fe₁₆N₂,正交晶系的α-FeB、ζ-Fe₃B、ε-Fe₂C、ζ-Fe₃C、δ-Fe₂N、Fe₇C₃,立方晶系的zb-FeN、rs-FeN、γ′-Fe₄N、γ-Fe₂₃B₆和γ-Fe₂₃C₆,以及三斜晶系和单斜晶系的Fe₅C₂。采用平面波赝势法（PW-PP）,电子波函数通过平面波基组扩展,电子间交换关联能选用了适用于磁性计算的广义梯度近似（GGA）的PBE方法,离子实与价电子间的相互作用势的描述选取超软赝势（Ultrasoft）。计算结果表示,晶格参数与实验结果吻合良好。形成焓、结合能和弹性常数结果表明,除了六方结构的Fe₂C不满足力学稳定性判据以外,所有Fe-X（X=B,C,N）二元化合物都是热力学和力学稳定的。另外,形成焓与结合能的结果显示,h-FeB₂是本文研究的化合物中最难合成的相。通过分析总态密度（TDOS）与分波态密度（PDOS）,发现铁的3d轨道与非金属原子X的2p轨道有明显共振趋势,可形成共价Fe-X键;费米能级处的态密度值不为零,说明它们的成键具有金属性,因此也具有良好的导电性;金属原子Fe和非金属原子X（X=B,C,N）之间存在电荷转移,表明共价Fe-X键中含有离子键的特性,因此通过态密度分析得出,铁的二元硼、碳、氮化物的键合方式主要是共价键,兼具有离子性和金属性。另外,通过分波态密度,可以定性地分析不同Wyckoff位置的磁矩贡献区别。此外,本文详细地研究了它们的磁性性质与理论硬度。磁学性质的结果显示,h-Fe₂C是顺磁性材料,闪锌矿结构的立方FeN相呈现顺磁性,岩盐结构则表现出反铁磁性,其磁矩为2.52?_B。此外,具有相同化学式而结构不同的化合物磁性行为几乎相同,三斜晶系和单斜晶系的Fe₅C₂则具有相似的力学性质,电子结构以及磁性质。o-Fe₃B、c-Fe₂₃B₆和c-Fe₂₃C₆的平均铁原子磁矩分别为2.20、2.197和2.123?_B,十分接近纯铁的平均磁矩（2.24?_B）,而c-Fe₄N和t-Fe₁₆N₂的磁矩分别为2.51和2.48?_B,大于纯α-Fe的2.24?_B。高的平均原子磁矩和高饱和磁化强度,使得t-Fe₁₆N₂成为高密度磁记录磁介质的候选材料。本文还计算分析了价电子密度,平均键长和Mulliken布居。通过半经验模型预测的硬度结果显示,该类化合物的硬度与键合密度或价电子密度、键长以及共价键的程度密切相关。从键合的角度来看,体系的硬度更敏感于弱键合强度的Fe-Fe键。高共价程度B-B键的存在,并没有引起铁硼化物硬度的显著提高。除了正交Fe₂N的硬度只有10.2GPa以外,铁氮化物的硬度要普遍高于铁硼和铁碳化物。此外,Fe-B、Fe-C与Fe-N共价键的硬度存在大致规律:Fe-N>Fe-C>Fe-B。