L12-Al3Zr/Al合金的界面行为、电子性质和微观力学性质

使用第一性原理模拟研究L1₂-Al₃Zr/Al合金的微力学、热力学和电学特性。计算结果显示，具有类体材料原子堆叠方式的界面具有最好的粘附性和最高的界面强度。在加工过程中，界面系统更倾向于在Al一侧发生解离。非驰豫拉伸测试结果表明，L1₂-Al₃Zr(001)/Al(001)界面系统表现出最高的拉伸应力(16.78 GPa)，而对于驰豫拉伸，L1₂-Al₃Zr(110)/Al(110)界面系统的拉伸应力最高(10.18 GPa)。此外，电子云密度和电子局域化函数表明界面上的原子形成了共价键和金属键。界面原子轨道的共振峰表明，界面Al和Zr原子产生了s-p-d或s-p杂化轨道。     

Al3M（M=Ti,Zr,Hf）亚稳相和平衡相的价电子结构分析

本文运用固体与分子经验电子理论（EET）计算了Al₃M（M=Ti,Zr,Hf）的3种晶体结构(L1₂,D0₂₂,D0₂₃)的价电子结构和最强键键能,并依此对各种结构的相稳定性及相变顺序做半定量分析.结果显示:各平衡相,即D0₂₂-A1₃Ti,D0₂₃-Al₃Zr和D0₂₂-Al₃Hf,其最强键键能分别为57.7,71.6和75.6 kJ/mol,与对应平衡相的熔点高低次序一致,确认了EET计算结果的可靠性.使用这一方法计算获得Al₃Ti,Al₃Zr和Al₃Hf的最强键键能,依此得出各亚稳相向平衡相的转变顺序与实验结果及第一性原理计算的结果相同.EET计算的最强键键能可作为评价亚稳相稳定性的一个判据.据此,由计算获得L1₂型Al₃M最强键键能推论各相的稳定性次序为Al₃Ti3 Zr3Hf,与实验所得的相稳定性次序一致,表明最强键键能作为亚稳相稳定性判据的正确性.     

Al3M（M=Ti,Zr,Hf）亚稳相和平衡相的价电子结构分析

本文运用固体与分子经验电子理论（EET）计算了Al₃M（M=Ti,Zr,Hf）的3种晶体结构(L1₂,D0₂₂,D0₂₃)的价电子结构和最强键键能,并依此对各种结构的相稳定性及相变顺序做半定量分析.结果显示:各平衡相,即D0₂₂ Al₃Ti,D0₂₃-Al₃Zr和D0₂₂-Al₃Hf,其最强键键能分别为57.7,71.6和75.6 kJ/mol,与对应平衡相的熔点高低次序一致,确认了EET计算结果的可靠性.使用这一方法计算获得Al₃Ti,Al₃Zr和Al₃Hf的最强键键能,依此得出各业稳相向平衡相的转变顺序与实验结果及第一性原理计算的结果相同.EET计算的最强键键能可作为评价亚稳相稳定性的一个判据.据此,由计算获得L1₂型Al₃M最强键键能推论各相的稳定性次序为Al₃Ti3Zr3Hf,与实验所得的相稳定性次序一致,表明最强键键能作为亚稳相稳定性判据的正确性.     

激光偏束焊对铌/钢接头组织及性能的影响

文中对铌/钢进行了激光焊接,当激光束直接作用于铌/钢接触面时,由于Nb-Fe金属间化合物Fe₂Nb的生成呈现连续分布的特点会使焊后接头发生断裂.针对该问题,采用激光偏束焊对铌/钢进行焊接,通过激光束偏钢侧来抑制铌的熔化量,进而减少接头中Fe₂Nb的生成.结果表明,通过采用激光偏束焊的方式可以较好地抑制接头开裂的问题.组织分析表明,焊后接头组织主要由γ奥氏体相与一定量的Fe₂Nb相及少量的δ铁素体组成.力学性能结果显示,断裂发生在接头Fe₂Nb金属间化合物层处,其抗拉强度为221 MPa,最高硬度出现在Fe₂Nb金属间化合物层约为1 143 HV.     

Inconel 625合金堆焊金属开裂机理研究

针对Inconel 625合金焊接热裂纹问题，文中基于大厚度堆焊裂纹敏感性评价方法对采用GTAW工艺、ERNiCrMo-3焊丝堆焊的金属进行了开裂机理研究.结果表明，堆焊金属的微观组织主要由柱状树枝晶组成，堆焊金属组织中析出相主要有Laves(Ni,Fe,Cr)₂(Nb,Ti,Mo)相、MC型碳化物和针状δ(Ni₃Nb)相.大厚度堆焊金属组织局部存在位于一次枝晶间、沿柱状晶方向的结晶裂纹.在裂纹附近的组织及断口发现存在大量密集分布的δ相，裂纹的形成主要与结晶终了阶段形成的共晶δ(Ni₃Nb)有关.Inconel 625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的(1)、(2)两种凝固模式.相比较而言，结晶终了阶段发生L→γ+δ共晶反应的模式(2)热裂纹敏感性较大，从而造成Inconel 625合金开裂.创新点：(1)研究了625合金堆焊金属开裂的机理.(2)提出了625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的两种凝固模式.     

GH4169G合金热处理期间的相转变特征与机理分析

通过组织形态观察和XRD分析,研究了热处理对GH4169G合金相组成和分布规律的影响.结果表明,在实验条件下,合金的组织结构由γ基体、粒状γ′相、圆盘状γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面,其中,直接时效处理ITF-DA-GH4169G合金由少量γ′相、大量γ″相和γ基体组成,而长期时效处理ITF-DA-LTA-GH4169G合金由少量γ′相、大量γ″相和γ相及针状δ相组成.时效期间,随着合金中Nb原子扩散进入γ′相,使γ′相（001）面的Nb和Ni原子沿1/2〈110〉方向迁移,L1₂结构的γ′-Ni₃Al相可转变成DO₂₂结构的γ″-Ni₃Nb相.随时效时间延长,γ″相长大,γ″相单胞中的平行六面体沿特定晶面发生1/6〈112〉位移,促使γ″相转变成DO_a结构的δ-Ni₃Nb.其中,γ″相中的a,b轴与,γ基体和γ′相保持共格界面,可使其沿c轴生长成为圆盘状形态;而δ-Ni₃Nb相的{200}_δ晶面与γ基体的{111}_γ晶面保持共格界面,是促使δ相沿（100）晶面生长成为针状的主要原因.     

低价锆氧化物Zr3O的结构、热力学和弹性性质第一性原理研究(英文)

采用第一性原理系统地研究3种Zr₃O晶形(空间群分别为R■c (斜方六面体)、R32 (斜方六面体)和P6322(六面体))的晶格动力学及其与温度相关的热力学和力学性质。计算得到的3种Zr₃O晶形的晶体结构参数与实验结果一致。此外,证明3种Zr₃O结构在动力学和热力学上均具有稳定性。获得了3种Zr₃O晶形在0～1500 K温度范围内的熵、焓、吉布斯自由能、比热容、热膨胀系数和弹性模量等性质。发现3种Zr₃O晶形在0K时的相对稳定性顺序为Zr₃O (R■c)> Zr₃O (R32)> Zr₃O (P6₃22);然而,在50 K时Zr₃O(R■c)转变成Zr₃O (R32),在540K时转变为Zr₃O(P6₃22)。相较于其他2种Zr₃O相,Zr₃O(R...     

热处理对Al2O3f/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料组织演变与蠕变性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、EDS能谱分析等手段研究了不同热处理态Al₂O_3f/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料在200℃、70 MPa条件下压缩蠕变前后金属间化合物的变化情况以及蠕变性能差异。结果表明：Al₂O_3f/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料中的金属间化合物主要可分为β-Mg₁₇A1₁₂、Al₂(Nd,Gd)、Al₁₁(Nd,Gd)₃和Mg₂Si四种。复合材料经420℃+24 h固溶处理后,β-Mg₁₇A1₁₂相和Al₁₁(Nd,Gd)₃相几乎完全消失,而经T6处理后,又会重新析出。其中,β-Mg₁₇A1₁₂相呈针状或块状弥散分布于晶内,而Al₁₁(Nd,Gd)₃相则呈...     

Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算EI北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti-Ni合金系中TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的平衡晶格常数、生成焓、内聚能、力学性质、德拜温度和电子结构。计算结果表明:TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物均具有热力学稳定性且容易合金化生成,合金形成能力由强到弱的排序为TiNi_3、TiNi、Ti_2Ni;3种金属间化合物的晶体结构在能量上和力学上都是稳定的,结构稳定性由大到小排序依次为Ti_2Ni、TiNi、TiNi_3;TiNi和Ti_2Ni为延性相(延展性Ti_2Ni大于TiNi的),TiNi_3的延展性较差;3d电子是TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的最主要的成键电子,在这3种金属间化合物中,随着Ni相对含量的增加,平均成键电子数增多,共价键的比例增加,化学键的强度增强,金属性减弱,从而使得其弹性模量、硬度和德拜温度均逐渐升高。     

Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti-Ni合金系中TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的平衡晶格常数、生成焓、内聚能、力学性质、德拜温度和电子结构。计算结果表明:TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物均具有热力学稳定性且容易合金化生成,合金形成能力由强到弱的排序为TiNi_3、TiNi、Ti_2Ni;3种金属间化合物的晶体结构在能量上和力学上都是稳定的,结构稳定性由大到小排序依次为Ti_2Ni、TiNi、TiNi_3;TiNi和Ti_2Ni为延性相(延展性Ti_2Ni大于TiNi的),TiNi_3的延展性较差;3d电子是TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的最主要的成键电子,在这3种金属间化合物中,随着Ni相对含量的增加,平均成键电子数增多,共价键的比例增加,化学键的强度增强,金属性减弱,从而使得其弹性模量、硬度和德拜温度均逐渐升高。     

氩弧熔敷Ti-Si-C系陶瓷涂层中物相的热力学预测

利用热力学原理推导出反应焓和反应吉布斯（Gibbs）自由能与温度的关系式.根据Ti-Si-C系相图,对用钨极氩弧（TIG）热在钛合金表面熔敷形成涂层过程中可能的12个化学反应进行热力学分析.热力学计算得出,Ti元素能与SiC,Si及C元素反应生成TiC,Ti₃SiC₂相和Ti₅Si₃,TiSi₂金属间化合物.理论分析结果表明,在TIG熔敷条件下,通过改变不同的原材料初始组成,可以采用热力学分析方法预测熔覆层的物相组成.试验结果表明,预测结果与试验结果符合得很好.     

季铵功能化NH2-MIL-101(Fe)吸附氰化钯性能

制备了一种新型季铵功能化金属有机框架(MOFs)材料Et-N-NH₂-MIL-101(Fe),用于氰化钯的吸附，采用红外光谱、扫描电镜等对其吸附Pd(CN)₄^2-特性进行了表征。吸附热力学表明吸附为放热反应，且能自发进行。Et-N-NH₂-MIL-101(Fe)对Pd(CN)₄^2-的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型，采用2.0 mol·L^-1KI溶液洗脱Et-N-NH₂-MIL-101(Fe)上吸附的Pd(CN)₄^2-,洗脱率大于97.0%。5次循环后Pd(CN)₄^2-的回收率大于91.0%。研究表明，Et-N-NH₂-MIL-101(Fe)在中性介质中稳定性良好，对Pd(CN)₄^2-具有快速优良的吸附能力。     

Si含量对轧制复合铝钢层状复合材料界面化合物组织形貌的影响

通过在铝中添加合金化元素Si,并对轧制复合铝合金/低碳钢双层复合材料进行不同温度和时间的退火,借助金相显微镜、扫描电镜和EDAX能谱仪,研究Si对轧制复合钢界面化合物生长行为的影响规律。结果表明,在Si含量为0.67wt%时,生成复合界面金属间化合物的临界温度达到615 ℃,此时Si对抑制界面化合物生成的效果最好;Si含量超过1.62wt%后,Si降低了Al-Si合金的熔点,使Al侧元素的扩散速率增加,促进了复合界面金属间化合物的长大,化合物的组成为τ₆ -Al₈Fe₂Si +τ₅ -Al_4.5FeSi +η-Al₅Fe₂。     

L1_2、D0_(22)和D0_(23)结构HfAl_3的电子结构与热力学性质（英文）

为了更好地理解L1_2、D0_(22)和D0_(23)结构HfAl_3的相对稳定性和键合特征,采用第一性原理计算了L1_2、D0_(22)和D0_(23)结构HfA l3的形成焓、电子结构和热力学性质。结果表明:平衡晶格参数与形成焓的计算结果与实验结果一致,不同结构的HfAl_3稳定性大小为D0_(23)D0_(22)L1_2;态密度、电荷与键布局分析结果表明D0_(23)为最稳定结构;声子计算得到的热力学性质与温度的关系表明,D0_(23)结构的、熵和自由能随温度变化比L1_2和D0_(22)结构要快得多;L1_2、D0_(22)和D0_(23)结构HfAl_3的德拜温度分别为399、407和416 K;HfAl_3的体积热膨胀系数在低温时成倍增加,而在高温时线性增加。     

强磁场下Ni-Co-Mn-Sn合金近平衡凝固的组织调控

利用先进材料处理技术持续优化Ni-Mn-Co-Sn记忆合金(Heusler合金)性能是智能材料领域的研究热点，其磁控记忆性能和机械性能的协同提升强烈依赖于合金凝固得到的微观结构。本文探究了磁场强度对Ni₄₂Co₈Mn₃₉Sn₁₁合金近平衡条件下凝固组织演变的影响规律。结果表明，在无磁场条件下，合金凝固组织主要由D0₃型粗大枝晶及L2₁枝晶间Heusler相组成，在枝晶间上还析出蠕虫状γ相，其中γ相富Co贫Sn,D0₃相富Sn贫Co,L2₁相的成分接近名义配比；D03结构由L2₁结构产生的成分偏析区域形成，析出γ相并非低温下L2₁相的固态反应得到。施加10 T强磁场后，合金的相组成、成分及其形貌未发生明显变化，各相间由于热流作用大于磁场引起的取向排列作用而未产生明显择优分布特征，但因偏析产生的D0₃相含量减少，L2₁相含量增加，...     

Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25)(M=Ti,Y,Zr,Hf)金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了Ll_2型Al_3Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明:Al_3Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置;L1_2-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物(M=Y.Ti,Zr,Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L12-A1_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物均满足力学稳定性条件。当M为Y时,L12-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降;当M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L12-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物的塑性和韧性达到最好。     

Cr、Fe置换优化α-Al(MnCrFe)Si相稳定性、电子结构及力学性能

利用第一性原理计算了α-AlSiMnCrFe化合物稳定性、电子特性、力学性能及其弹性各向异性。AlSiMnCrFe化合物的形成焓以及结合能均不大于0,表明这些化合物都具有较好的热力学稳定性。Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₂Fe₆形成焓最低,说明此化合物比其他AlSiMnCrFe化合物稳定性好。AlSiMnCrFe化合物结合键主要种类有金属键、共价键以及离子键。Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₈体模量最高,达104.3 GPa;Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₈弹性模量和剪切模量最大,分别为156.9 GPa和63.6 GPa。根据弹性模量3D曲面图以及投影图可知,AlSiMnCrFe化合物具有弹性各向异性。     

Cu基药芯焊丝TIG焊TA1/Q235B接头微观组织和显微硬度

利用Cu基(Cu-Cr-Co-Ni)药芯焊丝对TA1/Q235B异种金属对接与搭接接头进行了TIG焊接试验. 通过SEM、EDS和XRD对接头微观组织进行了详细分析,通过显微硬度测试了接头的硬度分布. 结果表明,采用Cu基药芯焊丝进行TA1/Q235B TIG焊接,对接和搭接均得到了无缺陷的接头. 两种接头的焊缝与母材界面处组织分布类似,其中TA1侧主要由β-Ti固溶体、FeTi和CuTi₂化合物组成;Q235B侧主要由Fe,Cu基固溶体和Fe₂Ti化合物组成. 对接焊缝主要由Cu基固溶体,CuTi,FeTi,Cu₄Ti,τ₂和τ₃金属间化合物组成,而搭接焊缝主要由Cu基固溶体、τ₂和Cu₄Ti组成. 对接接头的平均硬度为449 HV0.1,搭接接头的平均硬度为335 HV0.1.     

(Sn1-xZnx)57(In0.78Bi0.22)43低熔点无铅焊料的微观结构表征(英文)

为了寻求一种应用于三维集成电路低温焊接的无铅焊料，基于多组元混合的概念设计并表征(Sn_1-xZn_x)₅₇-(In_0.78Bi_0.22)₄₃ (x=0.10,0.15,0.20，摩尔分数，%)四元合金。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和差示扫描量热仪研究合金的显微组织、热性能和润湿性。结果表明，合金由金属间化合物BiIn₂、In_0.2Sn_0.8和富Zn固溶体组成。随着Zn添加量的增加，BiIn₂和富Zn相的体积分数增加。合金的熔点低至70℃，源自低熔点金属间化合物In_0.2Sn_0.8和BiIn₂的形成；合金具有良好的润湿性，润湿角约为40°。在合金和Cu板的界面结合处形成一种薄而坚韧的Cu₅Zn₈层，提高焊点可靠性。研究表明，通过多组元混合概念设计合金可以有效提高...     

5083-H111铝合金在模拟动态海水环境中的局部腐蚀机制

采用开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)，并结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)技术，研究了5083-H111铝合金在模拟动态海水环境中的电化学行为，并探讨了局部腐蚀机制。5083-H111铝合金的金属间化合物以Al-Fe和Mg-Si相为主，点蚀主要分布于金属间化合物周围；Al-Fe相在腐蚀过程中充当阴极，与周围Al基体构成微腐蚀电池，促使Al基体的点蚀。Mg-Si相在腐蚀过程中最初充当阳极，当其发生选择性溶解导致脱合金化逐渐形成富Si相后，变为阴极，促使Al基体发生点蚀。5083-H111铝合金表面生成的腐蚀产物为Al(OH)₃、Al₂O₃和AlCl₃。腐蚀产物在腐蚀初期对Al基体起到良好的保护作用，导致OCP正移，极化电阻(R_p)增大；腐蚀后期(36～56 d)，初始腐蚀产物会发生局部脱落，在脱落位置Al基体再次发生局部腐蚀，导致OCP负移，R_p急剧减小。随着暴露时间的延长，部分金属间化合物在腐蚀后期会发生脱落，形成腐蚀空腔。