原子扩散是镁合金材料形成的重要基本过程之一,已引起广泛的关注。特别是关键沉淀相Al2Ca的相关扩散数据到目前为止还所知很少。因此,研究Al2Ca的原子扩散是有必要的和有价值的。考虑到实验测量的困难和精度要求,因此理论研究是理解晶体材料中扩散过程的重要手段,其中第一性原理计算是一种特别有效的理论方法,被广泛应用于研究固体性能的预测,并且取得了很大的进展。因此,本文便利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了 Al2Ca中的点缺陷和原子扩散。因为本征点缺陷通常在原子扩散过程中起着重要的媒介作用,所以本征点缺陷的结构和相对稳定性被首先研究。计算得到了点缺陷形成能,并探讨了点缺陷结构的相对稳定性。研究结果表明:Al2Ca中主要缺陷结构分别是富铝下的AlCa反位缺陷和富Ca条件下的CaAl反位缺陷。相对于反位缺陷,两种亚点阵中空位的形成更加困难。进一步计算了与扩散研究有关的复合缺陷的形成能和相应的原子扩散迁移能垒。随后研究了几种主要的扩散过程,包括晶格单步机制,三步空位循环机制和反位晶格机制。运用CI-NEB方法计算了相关的能量曲线,然后进一步确定了原子扩散过程的鞍点和激活能垒。计算得到的扩散激活能表明:Al2Ca中的Al原子和Ca原子的扩散主要通过自身亚晶格中相邻的空位机制来进行。由Ca空位主导的三步循环机制可以对总体的Al扩散也有一定贡献。反位晶格机制(AS)由于有较温和的激活能垒,也能对Ca原子的扩散起到重要的作用。