立方结构铝基金属间化合物的电子结构和力学性能

Electronic Structure and Mechanical Properties of Cubic Al-based Intermetallics
Candidate Guan Yazhuo
Supervisor Professor Li Wen
College Faculty of Materials, Optoelectronics and Physics
Program Material Physics and Chemistry
Specialization Topography Evolution of Low-dimensional Nanomaterials
Degree Engineering Master
University Xiangtan University
Date2011-5-20
湘潭大学
学位论文原创性声明
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作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
摘 要
铝基金属间化合物以诸多优异的化学、物理、电学、磁学和力学性能使其有望在航空航天、微电子、交通运输以及国防军工等高新技术领域得到广泛的应用。

但是它们的室温脆性严重的限制了它们的应用。

近来的一些理论研究显示材料的力学特性，尤其是金属间化合物固有的脆性，应归因于它们本身的化学键的性质或它们的电子结构。

然而由于实验条件的限制，通过电子结构信息来深入理解铝基金属间化合物力学性质的相关研究很少。

因此，从电子结构的角度去研究和分析金属间化合物的力学性能尤其是脆化本质具有很重要的意义。

随着近年来计算机技术和计算材料科学的发展，基于密度泛函理论的第一性原理计算方法已成为计算固体及表面性质的有效工具。

论文主要分两大部分：第一部分详细计算了几种典型的立方结构的二元、三元铝基金属间化合物的晶体及电子结构和力学性能；第二部分计算了三元铝基金属间化合物AlCu 2Ti 、AlCu 2Zr 、AlCu 2Hf 和AlCu 2Mn 的一些相关的块体及表面性质。

论文主要包括以下内容：
(1) 采用第一性原理方法计算了几种立方结构铝基金属间化合物AlCu 3、AlCu 2Zr 和AlZr 3的稳定性、弹性、电子结构和力学性能。

通过计算所得到的弹性常数与实验值吻合很好。

形成能与结合能的计算结果表明：AlCu 3、AlCu 2Zr 和AlZr 3都有较好的稳定性和合金化能力，且AlZr 3的稳定性最高，其次是AlCu 2Zr ，最后是AlCu 3。

通过计算得到了AlCu 3、AlCu 2Zr 及AlZr 3的弹性常数(11C 、12C 及44C )，进而得到合金的弹性模量，最后进一步分析讨论了材料的力学性质。

(2) 利用第一性原理方法计算了金属间化合物AlCu 2Ti 、AlCu 2Mn 、AlCu 2Zr 和AlCu 2Hf 的稳定性、电子结构、力学性能以及表面性能。

通过形成能与结合能的计算得出：在这四种金属间化合物中，合金化能力和稳定性最强的是AlCu 2Zr 相，这主要原因在于其费米能级处较少的态密度值，通过进一步计算得到AlCu 2Ti 、AlCu 2Mn 、AlCu 2Zr 和AlCu 2Hf 的弹性常数(11C 、12C 及44C )及弹性模量，还计算了其(100)和(110)面的表面能及表面电子功函数，在此基础上进一步分析讨论材料的块体及表面性质，并找出其内在的联系，分析其内在的变化机制。

关键词：铝基金属间化合物；电子结构；力学性能；功函数；第一性原理计算
Abstract
Al-based intermetallic compounds have long been known to possess attractive chemical, physical, electrical, magnetic and mechanical properties that are often superior to those of ordinary metals. Therefore, they have wide application, especially, in the aerospace field, microelectronic, motorized vehicles and domestic industry. But their brittleness at room temperature has severely hampered their applications. Recent theoretical investigations have revealed that the mechanical behavior, in particular the intrinsic brittleness of intermetallics should be attributed originally to the nature of their chemical bonds or their electronic structure, although various factors may cause different embrittlement cases. However, only few researches for deeply understanding the electronic structures and mechanical properties of Al-based intermetallic compounds through the electronic structure information were introduced because of the restrict of the experimental condition. Therefore, it is crucial to investigate the electronic structures in detail in order to understand the brittleness of the alloys completely.
It is well known that first principles calculations based on density functional theory is a capable way to caculate the properties of solid and surface, and predict many material qualities and their tendency of variations from microscopic view. Firstly, we carry out a systematic investigation of electronic structure and mechanical properties of typical cubic structure of Al-based intermetallic compounds (AlCu3, AlCu2Zr and AlZr3) by first principles calculations. Secondly, we report the relationship between the bulk and surface properties of ternary Al-based intermetallic compounds (AlCu2Ti, AlCu2Mn, AlCu2Zr and AlCu2Hf). The main contents of our work are:
(1) First-principles calculations were performed to study on alloying stability, electronic structure and mechanical properties of Al-based intermetallic compounds (AlCu3,AlCu2Zr and AlZr3). The calculated results show that the lattice parameters obtained after full relaxation of crystalline cells are consistent with experimental data. The negative value of formation energies and the cohesive energies show that these Al-based intermetallics have strong alloying ability and structural stability. AlZr3 phase has the highest structural stability, AlCu2Zr has an intermediate structural stability,
C of while AlCu3 has a lowest structural stability. In addition, the elastic constants
ij these Al-based intermetallics were calculated, and the elastic modulus (bulk modulus B, shear modulus G, Young’s modulus E, Poisson’s r atio and anisotropy
constant A ) of these phases were derived from the elastic constants. The mechanical properties of these intermetallics are further discussed.
(2) First-principles calculations were also performed to study on alloying stability, mechanical properties, electronic structure and surface properties of AlCu 2X (X=Ti, Mn, Zr, Hf) intermetallics within the generalized gradient approximation. The formation energy and cohesive energy were calculated and used to study the stability of AlCu 2Ti, AlCu 2Mn, AlCu 2Zr and AlCu 2Hf intermetallics. The results showed that AlCu 2Zr phase have the strongest alloying ability and structural stability in these four intermetallics. According to the calculated density of states (DOS) of these intermetallics, it is found that the highest structural stability of AlCu 2Zr is attributed to the lower value of the DOS at the Fermi level, i.e. N(E F ). Three independent elastic constants (11C , 12C and 44C ) as well as mechanical paraneters such as bulk modulus B , shear modulus G and Poisson’s ratio of these four intermetallics have been calculated. In addition, the electron work functions (EWF) and surface energies of (100) and (110) surfaces of AlCu 2X intermetallics were also investigated. Based on the above research, we further to analysis and discuss the bulk and surface properties of these materials, and found out the intrinsic relation of mechanical properties and electronic structure.
Key words: Al-based intermetallics; Electronic structure; Mechanical properties; Work function; First-principles calculations
目录
第1章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 金属间化合物的研究概况及意义 (2)
1.3 Al基金属间化合物 (3)
1.3.1 Al基金属间化合物的合金相图 (3)
1.3.2 Al基金属间化合物的研究概况 (5)
1.4 本论文的研究目的、意义和研究内容 (8)
1.4.1 研究的目的和意义 (8)
1.4.2 研究的内容 (8)
第2章理论方法 (9)
2.1 波恩-奥本海默近似 (9)
2.2 单电子近似 (11)
2.3 密度泛函理论 (12)
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理 (12)
2.3.2 Kohn-Sham方程 (12)
2.3.3 局域密度近似(LDA) (13)
2.3.4 广义梯度近似(GGA) (14)
2.4 投影缀加平面波方法 (14)
2.5 能量最小化 (15)
2.6 V ASP程序包简介 (16)
第3章AlCu3, AlCu2Zr, AlZr3的电子结构和力学性能 (18)
3.1 引言 (18)
3.2 计算参数和方法 (18)
3.3 结果及讨论 (19)
3.3.1 计算模型和晶格常数 (19)
3.3.2 结合能和形成能 (20)
3.3.3 力学性质 (20)
3.3.4 电子结构 (24)
3.4 结论 (25)
第4章AlCu2X(X=Ti, Mn, Zr, Hf)金属间化合物的力学性能和电子功函数 (26)
4.1 引言 (26)
4.2 计算方法和参数设置 (27)
4.3 结果与讨论 (27)
4.3.1 几何结构和晶格常数 (27)
4.3.2 力学性能 (29)
4.3.3 电子结构 (30)
4.3.4 表面性质 (32)
4.4 结论 (37)
第5章总结与展望 (38)
5.1 总结 (38)
5.2 展望 (38)
参考文献 (40)
致谢 (46)
个人简历、攻读硕士期间发表的学术论文 (47)
第1章绪论
1.1 引言
由于金属合金所涉及的知识面和测试手段非常广泛，所以对金属合金的理论和实验研究一直以来都是各学科(晶体、物理、冶金、化学等)特别是材料科学的重要研究课题。

随着现代生产和科技的高度发展，要求材料科学家们不仅能够解决“是什么”和“为什么”的问题，而且要求他们对已有的金属合金材料性能的改善能够提供理论指导，能够按性能需求进行新材料的设计。

特别是要根据我国国情，很好的结合国家资源情况并充分利用现有资源，将资源优势尽可能快的转化为产业和产品优势，并创造和研制各种新材料。

实验方面，众多实验工作者几乎采用了国内外所有先进的科学测试方法和手段对材料的各种性能进行广泛的分析和研究。

通过他们长时间的努力和辛勤工作在这方面已经积累了相当丰富的经验和知识，同时也发现了很多新现象，找到了许多性能良好(耐腐蚀、抗氧化、耐高温、高强度等)的新材料。

然而，任何事物都是一分为二的，对金属合金材料的研究也不例外。

虽然在金属合金材料的研究方面实验工作者已经做出了许多重要贡献，但迄今为止实验工作者在对其研究的过程中仍然面临着诸如：样品制备时的纯度、实验操作过程的复杂性、样品测量的精度及所研究的体系是否真正处于平衡等困难。

理论研究方面，在一些基于量子力学的近似及模型方法，比如：密度泛函理论(DFT)、局域密度近似(LDA)、广义梯度近似(GGA)等[1, 2]被人们发现和提出之前，研究工作者对材料的研究基本上都是以大量的实验结果为依据，在实验的基础上采用一些诸如“相律”和“自由能极小”等一些任何系统和体系都必须遵循的热力学原理、原则、定律和理论研究合金材料一些基本物理属性。

同时这些理论、原则和定律成为对金属合金材料进行大量研究的基础[3]，为研究者后来对合金材料进行一系列相关的实验研究提供了非常重要的理论依据和指导。

但是这种在对各种金属合金材料长期的研制过程中所形成的首先对其进行相关的实验研究，而后再进行相应的理论计算，最后才将理论计算所得到的结果与相应的实验结果相比较。

如果通过理论计算得到的结果与实验结果相符或者相吻合，则理论就很容易被接受，否则就说理论是错误的。

这种习惯或经验式的研究，有很大的盲目性，而且往往需要花费很长时间、投入很多精力、付出很大代价，同时也不可避免的在这个过程中走了很多弯路。

近年来随着计算机技术和计算材料学的发展，用理论指导实践的计算与模拟工作已经开始了，亦即利用计算机进行材料的设计与研究工作。

随着一种用来研究多电子体系的量子力学模型和方法——密度泛函理论的出现，使得人们对金属合金的微观理论研究成为可能。

它为其理论研究奠定了基础，同时也为研究其物理本质和特性所采用的第一性原理研究提供了最基本的理论基础和方法。

也正是因为密度泛函理论的出现，才使得人们对金属合金的一些基本物理特性和本质的理论研究真正的深入到微观领域。

目前通过众多物理及实验工作者的努力在该领域已经做出了大量有意义的工作和成绩[4-8]。

这些工作除了本身所具有的重大意义外，还为后来人们在改善合金的性能以及寻求新的适合社会和科技发展的新型合金材料方面提供了非常重要的理论依据和指导。

1.2 金属间化合物的研究概况及意义
本论文中主要讲述了对几种二元、三元金属间化合物的第一性原理研究。

因此，在此处需要对金属间化合物进行一些简要介绍。

所谓金属间化合物(intermetallic compounds)，顾名思义，首先它应该是一种化合物，构成它的元素应该是金属或者类金属，而且元素的种类在两种或者两种以上，通常这种化合物具有长程有序的超点阵晶体结构，也具有金属光泽、导电及导热等金属特性。

它是1914年由英国冶金学家初次提出，并将其与正常化合物区别开来。

通常金属间化合物可以分为：电化、大小因素和电子化合物三类。

这种分类方法主要是依照控制金属间化合物的主要因素来进行。

其中，电化化合物是指由相互作用的具有强烈正电性和负电性的元素所组成的且其成份服从原子价定律的化合物。

同时由于其成分服从原子价定律，因此这类化合物有时又称作正常原子价化合物。

通常这种化合物常出现的结构是萤石型、闪锌矿型和砷化镍型。

而大小因素化合物主要取决于其各组元原子的半径比，主要的是一些填隙式居间相、拉夫斯相型结构。

电子化合物又称为电子相或Home-Rothery化合物，决定电子化合物结构的主要是其点阵中价电子数目与原子数目的比例。

以上所述的这种对金属间化合物的分类方法是一种较传统的分类方法。

目前人们也常按合金中的一种组元进行分类，如铝基，铁基和镍基合金等。

也可直接按晶体结构进行分类，比如，属于L12结构的有Ti3Al、Ni3Al、Cu3Au等60多种合金；属于B2结构的有NiAl、FeAl、CuPt等30多种合金；属于DO24结构的有Ni3Ti、Al3Dy、Pd3Ti等30多种合金。

对金属间化合物的各种力学性能和基本物理属性影响很大的是金属间化合物的价键结合方式，因为它是按照共价键与金属键共存的形式结合的。

比如，若金属键在一种金属间化合物中占主导地位，则相对共价键占主导地位的那些化合物来说这种金属间化合物的延展性、导电性、导热性以及光反射性能都会比较好；反之则比较差。

而金属间化合物之所以具有比其它材料高的熔点、刚度和强度以
及较高的抗蠕变性能和疲劳寿命是由于共价键的存在。

也正是由于金属间化合物所具有的特殊点阵结构和价键结合方式，使得它们具有许多特殊的力学、物理和化学性质。

比如，电学、光学、磁学和声学性质，良好的稳定性和高温强度等性质及许多固溶体材料所没有的性能[9-11]。

其中，对于金属间化合物所具有的高温性能以及将其作为高温结构材料所具有的特殊优点被人们发现是早在20世纪50年代。

金属间化合物也被誉为半陶瓷材料，因为通过众多研究发现如果将传统的金属材料与金属间化合物做个比较的话，金属间化合物的性能是介于金属和陶瓷之间的。

传统金属材料的强度是随着温度的升高而下降的，但是许多金属间化合物的强度却是随着温度的升高而先升高，当到达某个极值点后再随着温度的升高而下降。

由此可见，金属间化合物的这种温度随强度的变化关系与传统金属材料的完全不同。

这一发现引起了众多实验工作者从各个方面去探索金属间化合物出现这一现象的物理本质的热潮，从而也提出了许多新理论和新模型。

但是，由于金属间化合物呈现脆性，使得研究工作者在研究过程中遇到很多困难，有些研究尤其是应用研究很难突破。

1979年日本的Aoki[12]等人发现在Ni3Al中添加微量硼可以大幅度提高合金的室温塑性。

继Aoki等人之后，人们继续进行了大量的研究工作，也取得了很多成绩。

目前大量实验工作者为了改善和提高金属间化合物的塑性，已经研究出来许多切实可行的方法和措施。

尤其是各工业发达国家为了能开发出高性能(耐高温、高比强度和刚度)材料纷纷组织各种全国性的研究机构进行研究，以便保持其在航空航天领域的优势。

因此，当今材料科学界研究的热点之一就成了对高性能金属间化合物结构材料的研制。

尤其是近年来，随着国防军工、交通运输及航空航天技术的发展，各行业对有效载荷质量的要求变的愈来愈高，对低密度高强韧性材料的需求更加紧迫。

迫切需求能在复杂环境中使用的材料，例如辐照环境、强磁场、极低温和极高温等条件下使用的高性能材料。

因此，大力开展对那些适合在极端条件下使用的轻质合金材料的研究变得更具现实意义。

目前，铝基金属间化合物在众多合金材料中脱颖而出，被视为最具竞争力和应用前景，并最有希望被开发成为这类新型的结构材料的先进材料之一。

1.3 Al基金属间化合物
1.3.1 Al基金属间化合物的合金相图
(1) Al-Cu系二元合金相图
从Al-Cu相图(图1.1)可以看出，Al-Cu金属间化合物种类繁多，而目前研究较多的有Al2Cu、Al3Cu2、AlCu、AlCu3四种金属间化合物。

图1.1 Al-Cu相图
(2) Al-Zr系二元合金相图
Murray等人通过各种实验方法研究了整个浓度范围内的Al-Zr相图，在他们得到的相图中有A13Zr、A12Zr、A13Zr2、AlZr、A14Zr5、A13Zr4、A12Zr3、A13Zr5、AlZr2和AlZr3等几种金属间化合物。

相图如图1.2所示。

图1.2 Al-Zr相图
目前对Al-Cu-X(X=Ti，Mn，Zr，Hf)合金，尤其是对立方结构的AlCu2Ti、AlCu2Mn、AlCu2Zr和AlCu2Hf三元铝基金属间化合物的研究相对较少，相应的合
金相图也不是很完善。

1.3.2 Al基金属间化合物的研究概况
英国化学家戴维在1807年用电化学方法分离明矾石，确认了有金属存在，并命名为“铝”。

丹麦化学家奥斯特在1825年第一个在实验室用化学方法成功分离铝。

而来自美国的豪尔和来自法国的海朗特在1886年通过把铝矾土与冰晶石的混合物电解熔融的方法而制得了金属铝，他们的这种方法为如今人们对铝的大规模生产奠定了非常重要的基础。

铝在元素周期表里属于ⅢA族主族元素，它的原子量和原子序数分别为26.98和13，所具有的晶体结构是面心立方。

纯铝具有银白色金属光泽，它的密度相对较小(2.72 g/cm3)，约为铜(8.9 g/cm3)或钢(7.8 g/cm3)的1/3。

铝有良好的导电、导热和核性能，纯铝的其它物理性质见表1.1[13]。

铝的化学性质在所有金属中属于比较活泼的，它在大气中非常容易与氧作用生成一层不但非常牢固和致密而且抗腐蚀性优良的氧化膜，此氧化膜具有保护金属本身不受腐蚀的优异性能，不像钢铁那样在大气中非常容易生锈。

因此纯铝的耐腐蚀性能在大气和淡水中很好。

但是当将纯铝置于碱或盐的水溶液中时，其表面所形成的氧化膜很容易被破坏，纯铝失去了保护屏障，因而很快速的被腐蚀。

此外，纯铝的低温性能和工艺性能也比较优良，它所具有的易于铸造和切削的性能，使其很容易通过不同的压力制造成不同规格的成品或者半成品[14]。

为了满足实际应用的需要，将铝与其它一种或多种元素融合在一起，形成具有金属特性的新物质——铝合金，铝合金具有诸多优异的性能。

表1.1 铝的物理性质
名称单位高纯铝工业纯铝
熔点℃660.5650
沸点℃2494 -
熔化潜热J/g 1.08×10-4 -
比热容(373K) J/(g·K) 0.9349 0.9647
蒸发潜热J/g 31033.831080
电导率IACS64.94 59
20℃电阻温度系数1/℃0.00429 0.004
铝工业的整个发展历史不过两百年时间，但在经济高度发展和社会快速进步的今天，尤其是在全球所面临的日趋严重的资源、能源和环境安全问题；在不断追求降低油耗和成本、节约能源和材料、保护环境；飞机、汽车、武器等制造业
不断探索各种零部件的生产向着高性能(高强韧、耐高温、耐腐蚀等)轻量化[15]方向发展的大形势下，铝及其合金以其优异的性能，在很多领域都有广泛的应用。

其特性及其应用如表1.2所示。

近20年来，铝及铝合金加工技术发展迅猛，加工产品的质量和产量不断提高，同时还出现了许多新材料、新技术、新工艺和新设备。

表1.2铝及其合金的特性及应用
特性加工过程中的优点主要应用领域
无毒低熔点饮料容器和包装
低熔点易于熔化和铸造建筑材料
高比强度和模量机械加工性好航空和航天工业
好的耐腐蚀性能用于通用的变形技术地面运输工业
高热导率能用于先进的加工技术热交换器
高电导率能用于通用的连接技术电气和电子学材料由于比强度和比刚度高、优良的弹性、高温塑性及优良的切削加工性能等优点使得铝合金中的铝基金属间化合物在国防军工、交通运输、容器包装、建筑行业、能源动力、电子电器及通信等领域倍受关注并得到广泛的应用[16-20]。

但是任何事物都是一分为二的，这种材料的缺点是它们大都缺乏韧性[21]。

铝基金属间化合物的室温脆性极大地限制了它作为高温结构材料的应用。

近来的一些理论研究显示材料的力学特性，尤其是其固有的脆性，应归因于它们本身的化学键的性质或它们的电子结构[22-25]。

同时也由于任何一种材料的微观组织结构都决定了这种材料所具有的性能，所以要揭示材料所表现出来的客观现象与一些规律的本质，必须从材料的微观结构入手。

然而由于实验条件的限制，通过电子结构信息来深入理解铝基金属间化合物力学性质的相关研究很少，甚至可以说几乎没有。

因此从电子结构的角度去研究铝基金属间化合物的力学行为，尤其是脆化本质就有很重要的意义。

近年来，随着计算机技术和计算材料科学的发展，建立在密度泛函理论的基础之上的第一性原理计算被广泛应用于探索材料的微观机理。

因此，此处将主要简单介绍一下对于铝基金属间化合物的电子结构和力学性质的理论研究概况。

基于密度泛函理论的第一性原理方法是研究金属和合金电子结构的重要方法[26]，它主要是从电子运动的角度去研究材料的结构和性质[27-28]。

Chubb[29]和Asta 等[30]运用第一性原理方法证实了金属间化合物AlTi和AlTi3所具有的晶体结构，计算了温度为0 K时AlTi和AlTi3的能量稳定性，并进一步证实了金属间化合物AlTi和AlTi3的化学键对其力学性能所产生的影响。

Morinaga等[31]经研究发现，对于AlTi金属间化合物而言，第三元素(比如Mn)的加入可以有效地减弱Ti-Al键
d-p电子间的相互作用，而强化存在于Ti-Ti键中的d-d电子间的作用，从而提高材料的延展性。

Kim[32, 33]和黄伯云等[34]通过研究TiAl合金，试图找出其所具有的力学性能与显微组织的关系，同时也为解决如何改善合金力学性能的问题进行了一些探索，找出了一些很有价值的理论依据和工艺条件，以便提高其力学性能。

Zhou等人[35]通过采用第一性原理计算方法研究了几种铝基金属间化合物(Al2Cu、Al3Cu2、AlCu和AlCu3)的稳定性、弹性、电子结构和力学性能。

分析了各个原子间的相互作用、不同类型的化学键间的相互作用强弱及键结构本质。

Lee等人[36]发现电子功函数是金属及合金表面最基本的物理参数之一，其本质上是一个电子结构参数，不仅可以反映合金的表面特性，也与合金内部原子结构及其排布密切相关。

Li、Gong、Stepanyuk和Lysenko[26, 37-39]等人发现通过电子功函数可以成功的分析和预测各种表面现象和材料行为，如金属表面吸附和腐蚀、催化增速、量子发射和热电子发射过程、薄膜力学行为等。

Wang等人[40]发现电子功函数是一个合适的电子结构参数，对于化学键性质的微妙变化它是一个很灵敏的指标，并随着材料(NiAl-Ce-Cr)功函数的降低，其延展性是升高的。

Li等人[41]通过对Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al体系金属间化合物的研究，得到随体系铝含量的变化电子功函数的变化规律，并通过分析提出了一个延展性判断准则。

邢胜娣等人[42]以固体与分子经验电子理论为依据，采用键差距分析方法，通过对Ti3Al和Ti6AlGa金属间化合物的电子结构的分析指出Ti3Al的脆性本质在于其晶体键的共价性。

同时通过分析来确定Ti、Al和Ga在这些特定的材料状态下，对体系所贡献的共价电子的数目和晶格电子的数目及前者在后者中所占的比例。

通过研究发现共价电子数与总价电子数的比值与材料的力学性能对应的很好，并指出这个比值可以用来表征原子间相互作用的键的强弱，它在一定程度上反映并决定了晶体强度、延展性和结合能的大小。

李文等人[43]通过对Ti-Al系金属间化合物的基本力学性能的研究，指出其脆性本质，也提出了价电子结构对称因子。

金属间化合物的均匀变形能力主要是由该因子反映的，还给出了脆性判据即通过价电子结构对称因子来预测材料塑性的大小。

张建民等人[44]研究了Fe-Al系金属间化合物的环境脆性，指出氢原子溶入后，使晶体内各键的强度发生了改变，同时也使具有很明显的各向异性的键络形成了，从而使晶体内局域金属性下降和易于解理。

而铝基金属间化合物AlCu2Ti、AlCu2Mn、AlCu2Zr和AlCu2Hf属于高温金属材料，具有Hume-Rothery(H-R)晶系的L21结构，空间群为Fm-3m。

该晶体所具有的普遍通式为XY2Z，其中X和Z均为过渡金属元素(TM)，Y是非磁性元素。

近来，人们对此类晶体的研究大多集中在了该晶体的磁性方面，对其力学性能、稳定性、电子结构、物态方程则关注很少。

尽管关于AlCu2Ti、AlCu2Mn、AlCu2Zr。