材料是现代国民经济的三大支柱之一,关乎各行各业的基础,是现代工业和现代科技向前发展离不开的研究邻域。目前,新材料成为最前沿的材料研究方向,经济产业的发展要求材料满足更高水平的性能,而金属材料作为成熟的传统材料身肩使命,同样对其性能和加工工艺提出了更高的要求,经常出现在国家重大科研项目和大型工程中。航天航空领域汇聚了众多如轻型高强度结构材料、耐高温材料、高性能涂层材料以及新型复合材料等,航空发动机作为工业皇冠上的一颗明珠,更是集众优秀材料于一身。Ti2AlNb合金作为轻质耐高温材料中的后起之秀,发展潜力巨大,该合金在常温下有着不错的塑性,结构强度高,适用于需要承力、抗压又需密度低的材料领域,在高温下相对于其他合金材料具有优秀的抗疲劳性,长时间应力下,不易断裂和产生裂纹。Ti2AlNb合金不像纯金属那样,结构简单且性能单一,该合金正是由于多元素的结合,赋予其开发更多性能的潜力,要想开发和改善合金的性能,就需要从构成合金的原子出发,研究原子间的作用力,从原子层面解释材料性能背后的微观机制,从而可以更加科学更加系统地指导材料在现实中的制备与应用。以密度泛函理论为基础的第一原理计算和以原子间势为基础的模拟计算成为非常主流的研究材料性能的手段,对比传统实验和先进仪器测量的方法,计算速度快、经济成本低以及没有时间和地域的限制。本文正是通过这两种方法计算了合金材料的多种性能,但对于前者,市面上存在众多可以使用的商用软件,对于后者而言,具体的计算模拟过程固然重要,更重要的是所使用的原子间势本身,是决定计算模拟效果最重要的因素。就Ti2AlNb合金本身的晶体构型而论,在实际制备过程中,宏观尺度上很难得到均匀的单晶体构型,但合金中可能在各个区域存在一定量的有序筹。Ashish Pathak等人用第一原理的方法描述了Ti2AlNb合金的三种有序构型,本文在这三种有序构型的基础上开发Ti2AlNb合金的原子间势。原子间势的开发工作极其复杂,材料模拟计算的工作者需要寻找更加合适的原子间势,学术界关于纯金属、二元合金的原子间势大量存在并且开发工作非常成熟,而多元合金的原子间势相对较少,对于本文开发的原子间势,选取适合金属及合金的嵌入原子势,通过尝试各种拟合策略,本文选择只拟合不同类型原子之间的对势,即是在三种已开发的纯金属势函数的基础上开发合金的原子间势。为了提供势函数拟合的数据库,本文首先利用第一原理的方法计算了三种有序相的多种性质,然后利用这些数据库拟合出了势函数模型的参数,最后对B2相、D019相和O相进行了分子动力学的模拟验证。本文用第一原理为开发势函数做了前期准备,提供了丰富的数据库,比如计算了合金的晶格常数、内聚能、弹性模量、层错能和多种缺陷形成能等。针对B2相的多种缺陷,通过模拟计算的方法检验了本次势函数,并对比Farkas等人开发的Ti-Al-Nb的原子间势的结果,发现本文开发的原子间势,能很好地再现Ti2AlNb合金B2相的缺陷、弹性模量等性能,而且在检验三种有序相的内聚能方面效果也不错。本文的工作一方面为开发多元合金原子间势提供一种途径,另一方面为模拟计算Ti2AlNb合金的工作者提供一种选择。