LaNi4.5Al0.5储氢合金固溶相的密度泛函研究

基于密度泛函理论,采用全势线性缀加平面波方法（FLAPW）,研究LaNi4.5Al0.5储氢合金固溶相α-LaNi4.5Al0.5H0.5和α-LaNi4.5Al0.5H1.0中H原子的占位、态密度和电子密度,分析了H原子的加入对固溶体电子结构和稳定性的影响。结果表明：从能量角度计算得到α-LaNi4.5Al0.5H0.5中H原子最可能占据靠近Al的6m位,α-LaNi4.5Al0.5H1.0中的两个H原子最可能占据6m和4h＊位;随着H原子的增加,晶胞主要沿着c轴方向膨胀;Al和Ni,H之间的相互作用是合金含氢固溶体保持稳定的主要因素;态密度图中低能量区域的态密度越大固溶体越稳定;如果EF处于带隙的底部,则体系较稳定。计算结果与已有的实验结果非常一致。     

镧基储氢材料氢化物LaNi5Hx的第一性原理

从密度泛函理论为基础的第一性原理出发,运用全势能线性缀加平面波方法,对LaNi5Hx(x=3,4,5)进行了建模研究,经过优化得到稳定的晶体结构,从理论上验证其存在性,并计算给出了它们的电子密度以及状态密度图。结果表明:在几种模型中,H原子最终稳定地排布在基平面(12n位)和中间面(6m位)上,并且趋向晶胞的同一侧;随着H原子的增多,晶胞参数a值(0.527 3~0.5 310 nm)增大相对较小,而c值(0.407 5~0.416 5nm)有较大的增加,与实验结果一致;并且La与Ni的相互作用进一步减弱。     

β型Ti-Mo-O合金的高温氧化及相析出行为

利用OM、XRD、EPMA、维氏硬度计并结合第一性原理计算调查了Ti-15Mo-xO(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,质量分数,%)合金在873 K和1073 K下的氧化行为,以及837 K下的α相析出行为。结果表明,在873 K,氧化产物均由TiO2、Ti3O和Ti6O组成,且O含量对合金的氧化行为无明显影响,均主要由Ti向基体外扩散控制。在1073 K,尽管各合金的氧化产物均为TiO2,但O含量对合金的氧化行为具有明显影响：低O合金中,氧化过程由O与基体金属的氧化反应和O向基体内扩散共同控制;而随O含量增加,其转变为O向基体内扩散,抗氧化性能显著提高。在873 K下时效10 h和100 h后,析出的α相随O含量和时效时间的增加而增多,富Mo贫O的β相晶格常数减小,富O贫Mo的α相c值增大,a值基本不变,c/a值增大。时效前后合金硬度随O含量增加而增大,然而,在相同O含量条件下,随着α相的析出,合金元素Mo和O在两相中重新分配,导致时效后合金的硬度降低。     

水静压作用下氧化锆结构稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理计算了立方氧化锆(ZrO2)总的自由能、态密度、晶格常数随不同水静压的变化.计算表明单位晶胞总能量和晶格常数随水静压的增大而增大,晶格常数随水静压的增大而减小.在2.0 GPa左右,单位晶胞总能和晶格常数随水静压的变化出现反常.对总态密度和zr与O原子的分态密度分析表明,在低的水静压(0～5 GPa)作用时,Zr与O原子的各轨道的布居数没有发生变化,水静压力的作用主要体现在各轨道之间的分布变化,单位晶胞总能量和晶格常数出现的反常对应于Zr原子p轨道中的态密度分布变化.当水静压超过5 GPa时(5～30 GPa),Zr原子中的s和p轨道占有数减少,d轨道占有数增多.     

Pd-Ru-Zr体系的虚拟晶体近似研究（英文）

采用密度泛函理论中的虚拟晶体近似方法研究了Zr和Ru掺杂Pd体系的相结构稳定性。搭建了3种可能的虚拟晶体近似模型,并计算了体系的弹性常数正方剪切常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、Cauchy压力值和态密度等。计算结果表明根据正方剪切常数判断Pd-5Ru-1Zr[T(3)]是Pd-Ru-Zr体系中最稳定的相,根据Cauchy压力值判断Pd-10Ru-1Zr[T(2)]是硬脆相,并且具有较强的方向键,随着Ru和Zr原子逐步替代Pd原子,体系的化学键强度和硬度逐渐增大,但是相结构稳定性有所降低。     

Virtual Crystal Approximation of Pd-Ru-Zr System

采用密度泛函理论中的虚拟晶体近似方法研究了Zr和Ru掺杂Pd体系的相结构稳定性。搭建了3种可能的虚拟晶体近似模型,并计算了体系的弹性常数正方剪切常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、Cauchy压力值和态密度等。计算结果表明根据正方剪切常数判断Pd-5Ru-1Zr[T(3)]是Pd-Ru-Zr体系中最稳定的相,根据Cauchy压力值判断 Pd-10Ru-1Zr[T(2)] 是硬脆相,并且具有较强的方向键,随着Ru和Zr原子逐步替代Pd原子,体系的化学键强度和硬度逐渐增大,但是相结构稳定性有所降低     

PtxCo1-x(x=0.48~0.51)合金的磁性能和晶体结构

系统研究了等原子比附近不同Pt、Co原子比的PtCo合金的磁性能和晶体结构.采用电弧炉熔炼方式制备了原子比为.Pt_xCo_(1-x)(x=0.48～0.51)的合金,热处理后磁测量结果显示,随着Pt含量的增加,合金的剩磁逐渐减小,矫顽力逐渐增大.合金的X射线衍射结果表明:时效热处理后,随着Pt含量的增加,合金面心四方结构的有序相的c/a值逐渐减小,c/a值的减小增大了四方晶格结构的a与c方向的不对称性,使有序相的磁晶各向异性场增大,提高了合金的矫顽力.     

Co掺杂镧镍合金及氢化物的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(Density functional theory’DFT)的总体能量和平面波赝势方法,计算了LaNi5-xCox(x=0, 0.5)贮氢合金及其氢化物的晶体结构、电子结构和成键特性,获得了其总体能量、能带结构、态密度以及Mulliken布居值;计算结果表明：在LaNi5合金中,Ni2c与La原子间的相互作用大于Ni3g与La原子间的相互作用,Ni2c－Ni2c和Ni3g－Ni3g原子间存在明显的共价作用。合金中引入Co原子和H原子后,Ni2c－Ni2c和Ni3g－Ni3g相互作用明显减弱。H与Ni3g之间共价作用明显大于H与Ni2c间作用,即在四面体中引入H后,晶格膨胀导致Ni2c原子向外移动,使合金a轴膨胀大于c轴膨胀     

Heusler合金Ni2MnGa磁性微观机理的第一性原理

采用量子力学计算软件包研究了单晶Heusler合金Ni2MnGa的结构参数、磁矩、四方变形以及磁性微观机理,并将计算结果与实验值和其它理论计算值进行了比较.计算所得的结构参数和磁矩相对于局域自旋密度近似值而言,与实验值符合得更好.四方变形中,发现磁矩在c/a=1附近有一个尖锐的最小值,在c/a≈0.94处有一个局域最大值,此磁矩的局域最大值对应着一个稳定的马氏体.总磁矩随c/a的变化主要来自Ni原子:由于一个原胞中有两个Ni原子对其总磁矩作了贡献,因而屏蔽了Mn原子的贡献所致.对总态密度的分析表明,自旋向上的态密度位于费米面以下,而自旋向下的态密度有两个主峰,分别位于费米面两侧,这是磁有序合金的一个典型特性.且合金磁性主要源于Mn原子的d-eg和d-t2g亚带,这与实验结果一致.     

RECo_5热膨胀反常研究

本文研究了RECo_5在居里温度附近热膨胀反常的特点。利用高温X射线衍射方法从室温到600℃测定了CeCo_5,Ce(Co_(0.6)Cu_(0.2))_5和Ce(Co_(0.9)Fe_(0.1))_5晶格常数α和c随温度的变化。在居里点附近,CeCo_5的晶格常数c随温度的变化存在明显的拐折,在磁有序区域内具有因瓦反常,而晶格常数α随温度基本保持连续线性的变化,没有反常效应.用Cu原子部分取代Co原子以后,Ce(Co_(0.3)Cu_(0.2))_5沿c轴的热膨胀反常显著减弱。利用中子衍射研究了RE(Co,Cu)_5结构的有序性,从中子衍射的谱线分析表明,在CaCu_5型结构的RE(Co,Cu)_5金属间化合物中,Cu原子优先占据2c位置,由此解释了RECo_5热膨胀反常的原因。     

TA15钛合金中纳米压痕附近残余应力-应变场及几何必须位错密度的分布

结合纳米压痕及高分辨电子背散射衍射技术(EBSD)测定了TA15钛合金中α及β相的弹性模量和纳米硬度,揭示了纳米压痕附近应力-应变场及几何必须位错(GND)密度的非均匀分布情况.利用高分辨EBSD测试过程中同步保存的背散射电子衍射花样,并基于cross-correlation的处理方法,计算得出了纳米压痕附近区域的残余弹性应力-应变场分布.结合应变梯度场理论,计算分析了纳米压痕附近区域的几何必须位错密度分布,进而对合金的微观塑性变形机制进行了讨论与分析.结果表明,α相的弹性模量及纳米硬度分别为129.05 GPa和6.44GPa,而β相的相应值为109.80 GPa和4.29 GPa.纳米压痕附近区域的残余Mises应力呈现明显的非均匀分布并受到相邻较软β相的显著影响.压痕附近的低残余应力区域伴随有显著较高的<α>形和柱面型几何必须位错密度分布.     

非化学计量比贮氢合金Ml(Ni0.71Co0.15Al0.06Mn0.08)x的电化学性能

研究了化学配比x对贮氢合金Ml(Ni0 .71 Co0 .1 5Al0 .0 6Mn0 .0 8) x(4.6≤x≤ 5.2 )的结构、组织、电化学性能和 p c T特性的影响。结果表明 ,随着x增大非化学计量比合金点阵常数a值减小 ,c值增大 ,单胞体积减小 ,当x =5.2时c/a达到最大值。x =5.0的化学计量比合金具有最小的点阵常数和单胞体积。放电容量、充放电循环稳定性和 p c T曲线平台压均随着x增大而提高 ,当x =5.2时达到最大放电容量和最佳循环稳定性。     

基于内变量的TA15板材室温拉伸力学性能预测模型

通过真空退火处理得到具有不同β相含量的TA15板材,并对其进行室温单轴拉伸试验,获得不同β相含量板材的真应力-应变曲线,并采用Bridgman公式对颈缩阶段应力进行了修正。结果表明:随着β相含量的增加,拉伸断裂应变明显增大。分别考虑α与β相室温变形行为,基于连续损伤力学建立了一套耦合位错密度和微观损伤的单轴拉伸本构模型。通过不同β相含量试样的应力-应变曲线,采用遗传算法确定本构方程常数。利用β相含量为18.63%和20.04%的试样的应力-应变曲线对所建模型进行验证,计算值与试验值吻合较好。     

Stability, Elastic Constants and Thermodynamic Properties of (α, β, γ)-Nb5Si3 Phases

采用第一性原理计算了金属间化合物α-Nb5Si3,β-Nb5Si3和γ-Nb5Si3的结构稳定性、弹性常数、热力学性质和电子结构,并利用Voigt-Reuss-Hill方法计算了弹性常数。结构参数优化结果与实验值基本一致;结合能和形成焓结果表明α-Nb5Si3的结构稳定性最好。最后分析和讨论了3种不同Nb5Si3相的延展性和弹性各向异性。     

钛合金β固溶体价电子结构与合金元素的作用机制

基于固体与分子经验电子理论,计算分析了钛合金β固溶体的价电子结构,进而从电子结构层次分析了合金元素对钛合金固相转变的影响。研究发现,含某种合金元素的β固溶体的最强共价键上的共价电子对数nA值越大,该元素的固溶强化作用越强;nA值越大,β固溶体最强键越难断裂,α/(α+β)固相转变温度越低;反之,α/(α+β)固相转变温度越高;共价电子密度ρc值越大,β固溶体越稳定,(α+β)/β固相转变的温度越低;反之,(α+β)/β固相转变的温度越高,ρc越大,nA越小,β固溶体的(α+β)两相区越窄;反之,ρc越小,nA越大,(α+β)两相区越宽。     

(α,β,γ)-Nb_5Si_3相的稳定性、弹性常数和热力学性质(英文)

采用第一性原理计算了金属间化合物α-Nb5Si3,β-Nb5Si3和γ-Nb5Si3的结构稳定性、弹性常数、热力学性质和电子结构,并利用Voigt-Reuss-Hill方法计算了弹性常数。结构参数优化结果与实验值基本一致;结合能和形成焓结果表明α-Nb5Si3的结构稳定性最好。最后分析和讨论了3种不同Nb5Si3相的延展性和弹性各向异性。     

冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响

采用金相(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术研究了固溶处理后的冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,950℃固溶处理后空冷得到的组织由α相与β转变组织组成,水淬与油淬组织主要由等轴α相、针状α'相与羽毛状α'马氏体相组成;与油淬相比,水淬得到的α'相的晶格常数a值减小,b值增大。经时效处理后,固溶后空冷组织的相组成没有变化,油淬与水淬组织中的马氏体相分解为稳定的α相与β相。室温拉伸结果表明:相对于空冷组织,油淬与水淬组织的屈服强度与抗拉强度明显升高,而延伸率明显低于空冷组织,该现象与原始β晶粒内析出的次生α相的弥散程度及界面密度有关。     

固溶处理对Ti-5Al-2V-3Fe-0.2O合金热轧板材组织及耐磨性能的影响

研究了不同固溶处理温度对Ti-5Al-2V-3Fe-0.2O合金热轧板材的显微组织、宏观硬度、耐磨性能的影响。结果表明:热轧态合金板材组织主要由α相和β相组成,随着固溶温度的升高,板材中α相含量减少而β相含量逐渐增多,出现了由初生等轴α相向针状β相转变进而向全片层状β组织转变的过程;与此同时,合金板材的硬度逐渐增大,磨损量与摩擦因数明显下降,因而耐磨性能提高;热轧态合金板材的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损的共同作用,而固溶处理后合金板材的磨损以磨粒磨损为主。     

α+β钛合金界面相的SEM研究

用扫描电镜(SEM)研究了α+β钛合金中的界面相,确认在α+β、α+β转、片状α+片间β组织中存在着界面相。在α+β过组织中未见界面相。界面相的宽度随着α相量的增多和β相量的减少而增大。同时还证实了α+β相界面上的界面相是试样在慢冷过程中相比例发生变化以及合金元素重新分布时形成的。     

真空烧结和氢致相变烧结制备Ti-xFe(x=1%,5%,10%,15%)合金的组织演变过程和性能研究

以HDH-Ti粉和羰基Fe粉为原料,经冷等静压成形后,分别采用真空烧结和氢致相变烧结(HSPT)制备Ti-xFe(x=1%、5%、10%和15%,质量分数)合金,对比研究了2种烧结工艺中合金的密度、物相、组织演变过程和显微硬度等性能。结果表明:HSPT合金含有较多的孔隙,密度明显低于真空烧结合金的密度。2种方法制得合金中的β相含量均随Fe含量的增加而增加,且在HSPT制备的Ti-15Fe合金出现了Ti Fe中间相。HSPT合金制备过程中,H对Fe元素的扩散产生了显著的抑制作用。当Fe含量≥5%时,脱氢后在合金的β相内部析出短棒状或针状的次生α相,使得β相组织细小;当Fe含量≥10%时,Fe出现了明显的富集。同时H元素导致β相向粗大化的方向发展,而且随Fe含量的增加,β相粗化越明显。HSPT合金的显微硬度高于真空烧结合金,尤其是α相的显微硬度随Fe含量的增加而线性增大。