N在γ-Ni/γ′-Ni3Al相界区域的占位趋势与脆化作用

采用第一原理赝势平面波方法研究迹量元素N在γ-Ni/γ′-Ni3Al相界区域的占位趋势及其对相界断裂强度的影响。结果显示:以气态形式存在的N不易掺杂到Ni/Ni3Al相界,而以固态形式存在的N则很容易被掺进Ni/Ni3Al相界;N在Ni/Ni3Al相界中不仅能稳定存在,而且掺杂到八面体间隙比置换其中的基体原子具有更高的形成能力与结构稳定性;N掺杂将削弱Ni/Ni3Al相界的断裂强度,其中尤以间隙位掺杂最为明显。电子结构分析表明:置换型掺杂时,相界断裂强度的降低可归结为Frenkel缺陷导致的掺杂相界层间电子相互作用的减弱;而间隙位掺杂,除了基体原子间电子相互作用因掺杂原子与基体原子间的强相互作用而减弱外,晶格畸变导致的局域弹性应变能增加也是一个重要的原因。     

N在γ-Ni/γ'-Ni3Al相界区域的占位趋势与脆化作用

采用第一原理赝势平面波方法研究迹量元素N在γ-Ni/γ’-Ni3Al相界区域的占位趋势及其对相界断裂强度的影响.结果显示:以气态形式存在的N不易掺杂到Ni/Ni3Al相界,而以固态形式存在的N则很容易被掺进Ni/Ni3Al相界;N在Ni/Ni3Al相界中不仅能稳定存在,而且掺杂到八面体间隙比置换其中的基体原子具有更高的形成能力与结构稳定性;N掺杂将削弱Ni/Ni3Al相界的断裂强度,其中尤以间隙位掺杂最为明显.电子结构分析表明:置换型掺杂时,相界断裂强度的降低可归结为Frenkel缺陷导致的掺杂相界层间电子相互作用的减弱;而间隙位掺杂,除了基体原子间电子相互作用因掺杂原子与基体原子间的强相互作用而减弱外,晶格畸变导致的局域弹性应变能增加也是一个重要的原因.     

N-Al共掺杂TiO_2电子结构及光学性质的理论研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究N和Al单掺杂和共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、能带结构、态密度及光学性质。结果表明,掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长、晶胞体积都发生了不同程度的变化;单掺杂和共掺杂均使得禁带宽度减小,而且位于价带和导带之间的杂质能级能够捕获由价带跃迁至导带的电子,减少光生载流子的复合率,提高TiO2的光催化性能;与单掺杂相比,共掺杂能级分裂较明显,吸收光谱红移幅度更大。     

Fe中刃型位错及其掺杂体系的电子结构

用DMol团簇方法研究了bccFe［100］（010）刃型位错及其掺杂（碳,氮,磷）体系的电子结构,给出了Fe中刃型位错及其掺杂体系的能量参数（结合能、格位能及杂质形成能）和掺氮体系的差分电荷密度,结果表明,杂质与位错芯区近邻基体原子间存在电荷关联区,它反映了位错芯区轻杂质及其近邻基体原子间存在相互作用,Fe中刃型位错芯区能量计算表明：位错芯区具有捕获轻杂质（碳,氮,磷）的作用,反映了Cottrell气团的量子力学效应。     

基于(Li_(0.75)Na_(0.25))(Fe_(0.75)Mn_(0.25))PO_4正极材料电子结构的第一性原理研究(英文)

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

First Principles Studies on the Electronics Structures of (Li0.75Na0.25)(Fe0.75Mn0.25)PO4 Cathode Materials

采用第一性原理平面波赝势方法计算研究了在LiFePO4的Li位、Fe位和Fe/Li位共掺杂金属原子对材料的电性能和局部结构稳定性的影响关系。结果表明:Li位掺杂(Li0.75Na0.25)FePO4比Fe位掺杂Li(Fe0.75Mn0.25)PO4表现出更好的电子电导性,而局部结构稳定性刚好相反。但是Fe/Li位共掺杂对电子电导性和局部结构稳定性具有双重优化作用,这可能是由Na-2p电子与Li-s电子相互作用引起的。同时,根据计算差分电荷密度关系可以发现共掺杂后会有大量其他原子电荷向Li原子周围偏移,从而改善材料的电子电导性能。     

Ti在bcc Fe晶界中的作用

在密度泛函理论框架下，用第一原理DMol团族方法，基于Rice-Wang热力学模型研究了合金化元素Ti对bccFe∑3[110](111)晶界结合的影响。结果表明：合金化元素Ti在晶界和自由表面的偏聚能之差为－0．372eV，Ti增强晶界结合，为韧性掺杂元素，Ti的化学效应起主要作用，贡献为－0．713eV，表现为较强的增强晶界结合作用。力学效应即掺杂引起的局域畸变贡献为 0．341eV，表现为减弱晶界结合的作用。同时分析了Ti对晶界键合的影响。当Ti原子占据晶界时，Ti使得距它较近的跨越晶界的键合加强，反映了Ti强化晶界的作用。     

Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对未掺杂、Fe和S单掺杂及Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析Fe、S单掺杂及Fe-S共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度和光吸收性质的影响。结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收带边红移;与Fe和S单掺杂相比,Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的吸收带边红移程度更大。     

LiBH4中本征缺陷、掺杂剂、掺杂剂-缺陷复合体的第一原理研究（英文）

基于密度泛函理论对储氢材料 LiBH4 中氢空位、金属掺杂、金属掺杂-空位复合体进行第一原理研究。研究发现氢空位和金属掺杂都不容易实现,因此它们的浓度都很低。一类缺陷的存在有助于另一类缺陷的形成。基于电子结构的分析,得出 LiBH4中加入金属催化剂导致的释氢动力学性能改善是由于金属催化剂使 B—H键减弱,使新体系更具有金属性,从而使氢扩散更容易;氢空位是 LiBH4分解过程中释放少量 BH3的原因;金属掺杂减弱了 B—H键,致使 LiBH4的释氢温度降低;在掺杂-空位复合体中,金属掺杂剂和空位的作用可以叠加。     

LiBH_4中本征缺陷、掺杂剂、掺杂剂-缺陷复合体的第一原理研究(英文)

基于密度泛函理论对储氢材料 LiBH4 中氢空位、金属掺杂、金属掺杂-空位复合体进行第一原理研究。研究发现氢空位和金属掺杂都不容易实现,因此它们的浓度都很低。一类缺陷的存在有助于另一类缺陷的形成。基于电子结构的分析,得出 LiBH4中加入金属催化剂导致的释氢动力学性能改善是由于金属催化剂使 B—H键减弱,使新体系更具有金属性,从而使氢扩散更容易;氢空位是 LiBH4分解过程中释放少量 BH3的原因;金属掺杂减弱了 B—H键,致使 LiBH4的释氢温度降低;在掺杂-空位复合体中,金属掺杂剂和空位的作用可以叠加。     

Monte Carlo simulation of grain boundary segregation and decohesion in NiAl

Grand canonical Monte Carlo simulations are performed to study grain boundary segregation in the ordered intermetallic compound NiAl. The embedded atom method is applied to model atomic interactions in NiAl. The structure and chemical composition of Σ=5 (210) [001] and Σ=5 (310) [001] symmetrical tilt grain boundaries are studied as functions of the bulk composition at 1200 K. The grain boundaries tend to be enriched in Ni. Deviations of the bulk composition from the stoichiometry towards Ni-rich compositions increase local disorder and enhance Ni segregation at the grain boundaries. In one of the boundaries, the Ni segregation induces a structural transformation to a new metastable grain boundary structure. The effect of grain boundary disorder and segregation on grain boundary decohesion is evaluated by simulated tensile tests.     

扩渗温度和时间对镁合金表面Al-Zn共渗层显微组织的影响

    采用扩渗法在镁合金表面共渗Al-Zn,研究了扩渗时间和温度对表面合金层显微组织的影响.结果表明：当温度为390℃时,随着扩渗时间的增加,生成的表面合金层由不连续金属间化合物层(Al6Mg10Zn、Al5Mg11Zn4)＋过渡层变为连续金属间化合物层+过渡层;此过程应是物理置换扩散机制和反应扩散机制同时存在,生成的金属间化合物相主要为Al6Mg10Zn和Al5Mg11Zn4两种类型金属间化合物,其中Al5Mg11Zn4是较为稳定的相;当温度提高到410℃时,晶界扩散活性提高,晶界扩散通道增强,仅为2小时已出现了严重的沿晶界扩渗,造成合金层中金属间化合物沿晶界呈网状不均匀分布.     

铝含量对铝热合成FeNiCrAl/NiAl显微结构的影响

研究了Al含量变化对铝热反应合成FeNiCrAl/NiAl合金微观组织的影响。结果表明随着Al含量的增加,NiAl金属间化合物和FeNiCrAl呈现不同的组织形态:当铝含量较低时,NiAl相在晶粒内部以颗粒形式存在,在晶界处呈板条状结构;随着铝含量增加,首先在晶界处形成编织状结构进而扩展至晶粒内部,最终形成完整的编织状结构;当Al含量进一步增加时,编织结构尺寸不断减小,直至在晶粒内部消失,并对这一组织形态变化原因做了阐述。     

Effect of minor Sc and Zr on superplasticity of Al-Mg-Mn alloys

The effect of Sc and Zr on the superplastic properties of Al-Mg-Mn alloy sheets was investigated by control experiment. The superplastic properties and the mechanism of superplastic deformation of the two alloys were studied by means of optical microscope, scanning electronic microscope and transmission electron microscope. The elongation to failure of Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy is larger than that of Al-Mg-Mn alloy at the same temperature and initial strain rate. The variation of strain rate sensitivity index is similar to that of elongation to failure. In addition, Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy exhibits higher strain rate superplastic property. The activation energies of the two alloys that are calculated by constitutive equation and linear regression method approach the energy of grain boundary diffusion. The addition of Sc and Zr decreases activation energy and improves the superplastic property of Al-Mg-Mn alloy. The addition of Sc and Zr refines the grain structure greatly. The main mechanism of superplastic deformation of the two alloys is grain boundary sliding accommodated by grain boundary diffusion. The fine grain structure and high density of grain boundary, benefit grain boundary sliding, and dynamic recrystallization brings new fine grain and high angle grain boundary which benefit grain boundary sliding too. Grain boundary diffusion, dislocation motion and dynamic recrystallization harmonize the grain boundary sliding during deformation.     

镀锌钢-6016铝合金激光焊接组织性能与第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8(X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行加入中间夹层Cu和Pb的激光搭接焊试验。结果表明:FeAl金属间化合物为脆性相,其电子结构根源在于Fe的sd态与Al的sp态存在电子轨道杂化,为明显的共价键特征;FeAl合金化后,脆性降低,相应脆性由低到高的顺序为(Fe7Pb)Al8、(Fe7Sn)Al8、(Fe7Ti)Al8、(Fe7Cu)Al8、(Fe7Mn)Al8、(Fe7Si)Al8、(Fe7Zn)Al8、Fe8Al8,Pb合金化降低脆性效果最好,激光搭接焊加入中间夹层Pb,钢侧母材与焊缝界面区由母材侧较大晶粒和焊缝的细小晶粒交错形成,熔池金属与母材铝之间没有明显的分界线,焊接接头界面熔合良好;与未加夹层相比,加入中间夹层Cu和Pb后,焊接接头力学性能提高,其中Pb的作用优于Cu的,试样断口均具有韧性断裂特征。     

Electronic structure and properties of LaNi_5 compound from first principles

The energy,electronic structure,and magnetic and mechanical properties of LaNi5 compound have been studied by the first-principles method based on the density functional theory.The results show that the calculated lattice parameters of LaNi5 compound are almost the same with the experimental ones,and the compound is easy to form and very stable.The bond between La and Ni1 atoms is an ionic bond,and electrostatic attraction effect exists between Ni atoms.The farther the distance between Ni atoms in the LaNi5 crystal cell is,the stronger the electrostatic attraction effect is.LaNi5 intermetallic compound is ductile and ferromagnetic.The calculated hardness value of LaNi5 compound is 7.04 GPa,and the calculated elastic properties are close to the experimental results.     

微量溶质元素在金属晶界的偏聚

溶质元素在金属晶界的偏聚可以分为两类，即平衡偏聚和非平衡偏聚。本文回顾了这两类偏聚现象及其机理，着重讨论分析了有重要工程用途的三类典型的晶界偏聚：硼在奥氏体晶界的两类偏聚的实验规律及对硼钢淬透性影响；磷在奥氏体晶界的平衡偏聚及对钢回火脆性的作用，钢中的其他合金元素对磷的偏聚的影响；硼在多种金属间化合物的偏聚及对这些金属间化合物塑性的影响及其机理。     

INFLUENCE OF ENVIRONMENT ON TENSILE BEHAVIOR OF Ni_3Al SYNTHESIZED UNDER COMPRESSION

ＩＮＦＬＵＥＮＣＥＯＦＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＯＮＴＥＮＳＩＬＥＢＥＨＡＶＩＯＲＯＦＮｉ_３ＡｌＳＹＮＴＨＥＳＩＺＥＤＵＮＤＥＲＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮＬＩＧａｎｇ;ＷＡＮＧＺｈｏｎｇｇｕａｎｇ;ＬＩＧｕａｎｇｙｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏ?..     

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

在电子封装过程中,钎料与基体之间形成金属间化合物层,其主要成分为Cu₆Sn₅,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能. 采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点,使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析. 结果表明,Cu₆Sn₅的平均粒径正比于t0.38(t为回流时间), 界面化合物层的平均厚度正比于t0.32. 随着回流时间的增加,界面化合物生长速度变慢,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布更加均匀. 回流时间较长的样品中Cu₆Sn₅的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符,而对于回流时间短的样品,晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大. 统计结果显示,出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值. 最后讨论了界面Cu₆Sn₅晶粒的生长机制,分析了回流时间对界面Cu₆Sn₅晶粒生长方式的影响.     

金属间化合物Ag3Sn对Sn3.8Ag0.7Cu焊料合金拉伸性能的影响

利用不同凝固速率和等通道挤压法制备不同组织结构的Sn3.8Ag0.7Cu合金,使其包含不同形貌、大小及分布的Ag3Sn金属间化合物;拉伸曲线的比较分析和变形后组织的电镜观察表明,大的针状化合物对合金起着纤维增强的作用,但自身脆性断裂造成空洞,降低了材料的塑性;微细颗粒状化合物起着弥散强化作用,分布在小的等轴晶粒晶界上的化合物颗粒能够阻碍晶界的滑动,起到增强的作用.