First Principles Study on Stability and Mechanical Properties of Ni3 （<italic style="font-style: italic">A</italic>0.5<italic style="font-style: italic">B</italic>0.5） Compounds

PENG Guangwei; ZHAN Ting; WEI Xiang; XIA Jingyao

doi:10.15980/j.tzzz.T20250194

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First Principles Study on Stability and Mechanical Properties of Ni₃（A_0.5B_0.5） Compounds

Research·Computer Application | 更新时间：2026-10-16

- First Principles Study on Stability and Mechanical Properties of Ni₃（A_0.5B_0.5） Compounds
- Special Casting & Nonferrous Alloys Vol. 46, Issue 10, Pages: 1511-1518(2026)
- 作者机构：
  
  湖南人文科技学院能源与机电工程学院，娄底 417000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.15980/j.tzzz.T20250194
  CLC： TG131;TG146.1⁺5
- Received：08 May 2025，
  
  Revised：2025-09-15，
  
  Accepted：30 September 2025，
  
  Published：20 October 2026
- 稿件说明：
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彭广威，詹婷，魏祥，等. Ni₃（A_0.5B_0.5）合金化合物稳定性及力学性能第一性原理［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（10）：1 511-1 518. DOI: 10.15980/j.tzzz.T20250194.

PENG G W，ZHAN T，WEI X，et al. First principles study on stability and mechanical properties of Ni₃（A_0.5B_0.5） compounds［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2026，46（10）：1 511-1 518. DOI: 10.15980/j.tzzz.T20250194.
彭广威，詹婷，魏祥，等. Ni₃（A_0.5B_0.5）合金化合物稳定性及力学性能第一性原理［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（10）：1 511-1 518. DOI: 10.15980/j.tzzz.T20250194. DOI：

PENG G W，ZHAN T，WEI X，et al. First principles study on stability and mechanical properties of Ni₃（A_0.5B_0.5） compounds［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2026，46（10）：1 511-1 518. DOI: 10.15980/j.tzzz.T20250194. DOI：

摘要

通过第一性原理方法系统探究了L1

和D0

结构的Ni

（

0.5

）（

、

=Al、Ti、V、Si、Sn的2种元素）三元金属间化合物热稳定性及力学性能，并通过与二元合金Ni

体系的对比揭示了合金化效应。结果表明，除Ni

（V

0.5

）外，三元体系的L1

相较D0

相具有更低的形成焓与结合能，表明L1

结构更易形成且热稳定性更高；L1

-Ni

（V

0.5

）、Ni

（Al

0.5

）和Ni

（Al

0.5

）呈现负的混合焓，其中L1

-Ni

（Al

0.5

）的混合焓最低（-3.39 kJ/mol），说明该三元合金相可优先于二元相析出。力学性能计算揭示，所有合金相的力学稳定性都满足Born准则，其中L1

-Ni

（Al

0.5

）的硬度（11.14 GPa）和韧度（

=21.89 MPa·m

1/2

）都高于L1

-Ni

Al和Ni

V。

Abstract

The thermodynamic stability and mechanical properties of Ni

（

0.5

）（

、

as two elements in Al、Ti、V、Si、Sn） ternary intermetallic compounds with L1

and D0

structures were systematically investigated by first princip

les study， and the alloying effect was revealed by comparison with binary alloy Ni

system. The results indicate that L1

phase of ternary system exhibits a more negative enthalpy of formation and binding energy compared to D0

phase except for Ni

（Al

0.5

）， demonstrating that the tendency to form L1

structure with higher thermal stability. L1

-Ni

（V

0.5

）， Ni

（Al

0.5

） and Ni₃（Al

0.5

） exhibit a negative mixing enthalpy， where the mixing enthalpy of L1

-Ni

（Al

0.5

） is the most negative （-3.39 kJ/mol）， proving preferential precipitation of ternary alloy phase over binary phase. Mechanical performance calculations reveal that the mechanical stability of all alloy phases meet the Born criterion， where the hardness （11.14 GPa） and toughness （

=21.89 MPa · m

1/2

） of L1

-Ni

（Al

0.5

） are higher than those of L1

-Ni

Al and Ni

关键词

Keywords

references

彭广威，魏祥，何延钢，等 . Cu-Ni-Sn合金中微合金元素析出相的第一性原理计算与分析［J］. 特种铸造及有色合金， 2023 ， 43 （ 1 ）： 77 - 82 .

彭广威，陈志国 . Cu-Ni-Sn合金第一性原理计算及组织性能调控［M］. 北京：化学工业出版社， 2022 .

ZHAO C ， ZHANG W W ， ZHI W ， et al . Improving the mechanical properties of Cu-15Ni-8Sn alloys by addition of titanium ［J］. Materials ， 2017 ， 10 （ 9 ）： 1 038 .

SUN J X ， DU W ， XIAO B ， et al . First-principles study of multiple-site substitutions of alloying elements in Ni-based single crystal superalloys ［J］. Sci. China Technol. Sci. ， 2021 ， 64 （ 6 ）： 1 276 - 1 284 .

MOHRI T . An attempt of first principle calculation of alloy phase diagram ［C］ // Computer aided Innovation of New Materials . Amsterdam ： North-Holland ， 1991 .

MEHL M J ， SINGH D J ， PAPACONSTANTOPOULOS D A . Properties of ordered intermetallic alloys： First-principles and approximate methods ［J］. Materials Science and Engineering ， 1993 ，A 170 （ 1-2 ）： 49 - 57 .

WANG T F ， PING C ， DENG Y H ， et al . First-principles calculation of structural and elastic properties of Pd 3- x Rh x V alloys ［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of China ， 2011 ， 21 （ 2 ）： 388 - 394 .

MEDVEDEVA N I ， GORNOSTYREV Y N ， NOVIKOVD L ， et al . Ternary site preference energies，size misfits and solid solution hardening in NiAl and FeAl ［J］. Acta Materialia ， 1998 ， 46 （ 10 ）： 3 433 - 3 442 .

SANTHY K ， VAMSI K V ， KARTHIKEYAN S . Modelling of Ni 3 （Ti，V） system through first-principle calculations ［J］. Materials Today ， 2020 ， 26 （ 2 ）： 278 - 281 .

PENG G W ， GAN X P ， LI Z ， et al . First-principles study of the （Cu x Ni 1- x ） 3 Sn precipitations with different structures in Cu-Ni-Sn alloys ［J］. Chin. Phys. ， 2018 ，B 27 （ 8 ）： 086 302 .

LIU Y Z ， JIANG Y H ， ZHOU R . First-principles study on stability and mechanical properties of Cr 7 C 3 ［J］. Rare Metal Materials & Engineering ， 2014 ， 43 （ 12 ）： 2 903 - 2 907 .

PETTIFOR D G . Theoretical predictions of structure and related properties of intermetallics ［J］. Metal Science Journal ， 2013 ， 8 （ 4 ）： 345 - 349 .

TANG Y C ， XIAO B ， CHEN J H ， et al . Multi-component alloying effects on the stability and mechanical properties of Nb and Nb-Si alloys： A first-principles study ［J］. Metall. Mater. Trans. ， 2023 ， A54 ： 450 - 472 .

NYE J F . Physical properties of crystals ［M］. Oxford， UK ： Oxford University Press ， 1985 .

HILL R . The elastic behavior of a crystalline aggregate ［J］. Proceedings of the Physical Society ， 1952 ， A65 ： 349 - 352 .

张永刚，韩雅芳，陈国良，等 . 金属间化合物结构材料［M］. 北京：国防工业出版社， 2001 .

徐颂波 . 新一代高温结构材料——金属间化合物Ni 3 Al ［J］. 上海有色金属， 1997 （ 2 ）： 88 - 92 .

KULO N ， HE S ， ECKER W ， et al . Thermodynamic and mechanical stability of Ni 3 X-type intermetallic compounds ［J］. Intermetallics ， 2019 （ 114 ）： 106 604 .

毛虎，杨宏亮，张正，等 . Cu/Ni 3 Ti原位复合材料的显微组织和力学性能［J］. 有色金属材料与工程， 2018 ， 39 （ 4 ）： 10 - 15，20 .

WANG Y ， YANG J ， HUANG J H ， et al . First-principles calculations on physical properties of Ni 3 Sn x binary system intermetallic compounds and Ni/Ni 3 Sn interfaces in Nickel-Tin TLPS bonding layer ［J］. Intermetallics ， 2018 （ 101 ）： 27 - 38 .

ZHAO Y H ， QI L ， JIN Y C ， et al . The structural，elastic，electronic properties and Debye temperature of D0 22 -Ni 3 V under pressure from first-principles ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2015 ， 647 ： 1 104 - 1 110 .

WEI X ， CHEN Z G ， MAO H ， et al . First‐principles study on stability，Debye temperature，mechanical，electronic and magnetic properties of Fe 2 B compounds ［J］. International Journal of Quantum Chemistry ， 2023 ， 123 （ 10 ）： 27 090 .

TIAN Y J ， XU B ， ZHAO Z S . Microscopic theory of hardness and design of novel superhard crystals ［J］. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials ， 2012 ， 33 ： 1 391 - 1 395 .

NIU H Y ， NIU S W ， OGANOV A R . Simple and accurate model of fracture toughness of solids ［J］. Journal of Applied Physics ， 2019 ， 125 ： 0 651 051 .

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