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.     

Ru合金化Ni/Ni3Al相界断裂功的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了Ru合金化前后γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界的电子与能态结构,并比较强化元素Ru分别占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。结果表明：Ru置换Ni／Ni3AI相界区域中的Ni或Al原子,都可明显提高Ni／Ni3Al相界的断裂强度;尤其以Ru置换γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界界面层的Al原子时,对相界的强化效果最好。电子态密度与电子密度分布图的分析结果显示：Ru合金化对γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界的强化可归因于Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子价键强度的增强。     

Re与Ru合金化对Ni/Ni3Al相界电子结构影响的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法研究了Re与Ru合金化前γ-Ni/γ'-Ni3Al相界的电子与能态结构.断裂功计算结果显示:Re置换γ-Ni相区中的Ni或Ru置换γ'-Ni3Al相区中的Al,均可提高Ni/Ni3Al相界的断裂强度;Re与Ru在相界区复合合金化时,当Re与Ru分别占据共格(002)γ/γ'原子层邻近(001)γ原子层上的Ni原子位与(001)γ'原子层上的Al原子位时,γ-Ni/γ'-Ni3Al相界的断裂强度可进一步提高,若其中的Ru置换γ'-Ni3Al相区内层Al,刚复合合金化Ni/Ni3Al相界的断裂强度不仅没有提高,反而比Ru单独合金化时Ni/Ni3Al相界的断裂强度还低.电子态密度与电子密度分布图的分析表明:Re与Ru合金化对γ-Ni/γ'-Ni3Al相界断裂强度的影响可归因于Re和Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子成键相互作用的改变.     

W对Co-Al-W合金相界强度影响的理论研究

基于第一性原理赝势平面波方法,研究了W掺杂γ-Co/γ′-Co_3Al相界前后其对电子分布与能态结构的变化。相界断裂功计算结果表明,W原子取代界面内γ′-Co_3Al相区中的Al原子可提高γ-Co/γ′-Co_3Al相界的断裂强度,而取代其他位置的Al原子或Co原子时,对其相界区域断裂强度的影响则不明显。进一步通过分析电子态密度与电子密度分布图发现,W的掺杂使其与最近邻Co原子间所产生的强烈电子相互作用,将引起相界区域层间原子成键相互作用增强,这是γ-Co/γ′-Co_3Al相界断裂强度得到提高的直接原因。     

Pt+γ′-Ni_3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层结构的透射电镜研究

通过在CMSX-4镍基单晶高温合金表面镀Pt然后采用包埋渗铝的方法成功制备Pt改性的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层,采用扫描电镜和透射电镜研究Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层的微观结构。TEM分析表明Pt主要分布于涂层γ′-Ni3Al相中,且涂层γ′-Ni3Al相里存在{111}孪晶;此外涂层内还发现六方结构富铼的拓扑密堆相(μ相),点阵常数为a=0.473nm和c=2.565nm,首次发现μ相内除了(001)孪晶外还存在(102)孪晶;探讨μ相和孪晶的形成机制。     

Ni基合金γ/γ''相界Ir合金化时结构特性的第一原理研究

采用非相对论第一原理分子轨道DV-Xa模型簇方法,计算了Ni基单晶超合金γ/γ'相界的电子结构,并从键重叠聚居数(QAB)、界面原子层间的部分键合强度,以及界面原子局域环境总键合强度几个方面,对Ir合金化前后γ/γ'界面的结构稳定性、脆化特性、相间断裂的难易程度等几个方面对γ/γ'相界的结构特性进行了分析.结果表明:Ir合金化能增强γ/γ'界面Ni-Ni与Ni-Al原子间的键合强度,价键强度的增加有如下的变化趋势:QNi-Ni＜QNi-Al＜QIr-Ni＜QIr-Al,相界上,当被置换原子的种类与位置不同时,Ir合金化对γ/γ'相界结构性能的影响程度也不相同,比较而言,Ir置换γ相中的Ni最有利于提高γ/γ'相界的结构稳定性与相间抗断强度.     

Pt+g ￠-Ni3Al+g-Ni/CMSX-4涂层结构的透射电镜研究

通过在CMSX-4镍基单晶高温合金表面镀Pt然后采用包埋渗铝的方法成功制备Pt改性的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层,采用扫描电镜和透射电镜研究Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层的微观结构。TEM分析表明Pt主要分布于涂层γ′-Ni3Al相中,且涂层γ′-Ni3Al相里存在{111}孪晶;此外涂层内还发现六方结构富铼的拓扑密堆相(μ相),点阵常数为a=0.473nm和c=2.565nm,首次发现μ相内除了(001)孪晶外还存在(102)孪晶;探讨μ相和孪晶的形成机制。     

Co掺杂对γ′-Ni3Al相稳定性影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的平面波赝势方法,从原子尺度研究了Co原子掺杂对γ′-Ni3Al晶体结构稳定性的影响。首先通过数值优化与实验结果对比选取了最佳工艺参数,计算了Co原子掺杂前后晶胞的晶体结构、体系的总能量、形成热、结合能及电子态密度和电荷密度,进而分析了体系结构的成键特性和稳定性。计算结果表明：Co原子取代Al原子位置后晶胞结构更稳定；掺杂前后在-10 eV到费米能级的低能级区域,Co、Ni原子的3d轨道与Al原子的s、p轨道发生了强烈的轨道杂化,且原子间的电荷转移量明显增加,使得掺杂后化合物的共价键性增强；与取代Ni原子相比,在费米能级低能级处Co原子取代Al原子时成键电子数增加,其周围价电子相互作用增强,形成的合金体系稳定性提高。最后采用高温长时时效实验对计算结果进行了验证。     

Ni基合金γ／γ′相界Ir合金化时结构特性的第一原理研究

采用非相对论第一原理分子轨道DV-Xα模型簇方法,计算了Ni基单晶超合金γ/γ'相界的电子结构,并从键重替聚居数(QAB)、界面原子层间的部分键合强度,以及界面原子局域环境总键合强度几个方面,对Ir合金化前后γ/γ'界面的结构稳定性、脆化特性、相间断裂的难易程度等几个方面对γ/γ'相界的结构特性进行了分析。结果表明:Ir合金化能增强γ/γ'界面Ni-Ni与Ni-Al原子间的键合强度,价键强度的增加有如下的变化趋势:QNi-Ni相似文献   

Ni/Ni3Al拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能。首先模拟了在室温、恒定应变速率环境下γ′强化相的含量对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,重点研究了具有3种典型特征的γ′强化相含量的Ni/Ni_3Al微观组织演化。研究结果表明:相比于单晶Ni,γ′强化相可以提高Ni/Ni_3Al的抗拉强度。这是因为在塑性变形过程中,随着位错的不断增殖,位错密度逐渐增大,导致位错塞积,增大了位错运动的阻力,提高了抗拉强度。接着研究了温度对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,发现Ni/10%Ni3Al(体积分数,下同)的抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势。这是因为随着温度的升高,原子动能增大,导致原子热运动更剧烈,原子间的结合力更弱,脱离平衡位置的原子来不及回到平衡位置,fcc结构转变为大量的hcp结构和其他无序原子排列结构,导致晶格畸变,降低了抗拉强度。最后研究了应变速率对Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能的影响,结果表明,抗拉强度对低应变速率不敏感,对高应变速率敏感。     

合金元素掺杂对γ-Fe磁性影响的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算的方法研究了合金元素掺杂对γ-Fe磁性的影响。四种磁性γ-Fe的稳定性排序为:AFMDAFMNMFM。N/C在γ-Fe中的固溶会导致γ-Fe由AFMD态向FM态转变,即N/C间隙原子导致了γ-Fe晶体内局域形成铁磁性结构。置换合金元素掺杂影响了几种磁性结构γ-Fe(M)的相对能量和稳定性,较高浓度合金元素掺杂会导致γ-Fe(M)稳定的磁性结构的改变或局域内会存在亚稳定磁性结构。     

Pt+Hf改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层结构及其抗氧化性能研究

通过包埋Al-Hf共渗在高温合金DZ417G表面制备出Pt+Hf共同改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层。Al-Hf共渗过程中,Hf含量不同,涂层表面形成的相结构也不同。当渗剂中Hf含量为2%时(质量分数,下同),涂层呈γ-Ni+γ′-Ni3Al结构;渗剂中Hf含量为6%时,涂层相结构为?-NiAl+Al16Hf6Ni7;而当Hf含量达到12%时,涂层相结构为Al16Hf6Ni7。随着后续热处理的进行,β-NiAl+Al16Hf6Ni7涂层的相结构转变为γ-Ni+γ′-Ni3Al;Al16Hf6Ni7涂层转变为γ-Ni+γ′-Ni3Al+Al3HfNi12结构。1100℃的等温氧化实验表明,经过10 h氧化,高温合金基体表面已经出现了脱落;而渗剂中Hf含量为2%时形成的Pt+Hf改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层经过30 h氧化后,其表面依然完整。与单纯的Pt改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层相比,Pt+Hf共同改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层由于适量活性元素Hf的加入,其抗氧化性能得到了提高。     

NiCrAlY涂层／Ni基单晶高温合金的元素扩散及界面特性

采用磁控溅射方法在Ni基单晶高温合金上沉积NiCrAlY涂层，研究了真空热处理及高温氧化过程中，NiCrAlY涂层／Ni基单晶合金界面显微结构的变化及元素扩散行为。结果表明，原始涂层成分分布比较均匀，各元素分布在涂层／基体界面呈陡然变化。真空热处理时，涂层与基体间发生互扩散，NiCrAlY涂层的显微结构和相结构发生变化：涂层／基体界面区出现互扩散层(内、外扩散层)；出现γ-Ni3Al和α-Cr两新相，导致涂层局部区域富Cr。1000℃氧化200h后，涂层／基体界面区的互扩散层增厚，并且在其下的基体中出现扩散影响层。Ta在涂层中扩散时，置换了部分γ-Ni3Al相中的Al，导致γ相的晶格常数α0增大。     

镍基合金中γ′相界面的强化设计

采用第一原理分子轨道离散变分Xα法，研究在镍基合金中加Ir合金化的作用，以及在镍基合金中存在B，C，N，H，O，P或S时对γ相和γ′相界面结合强度的影响。证明Ir合金化后，使γ相和γ′相的晶格错配度向负值变化，提高键重叠集居数和总键序。在镍基合金中存在的S，P，H，O，N，B或C，对γ－Ni/γ′-Ni3Al相界面结合力有明显影响，其中C，B和N显著增强两相的界面，相反S和P则减弱相界的结合。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

Ni75Al25-xFex合金中γ''相原子占位的微观相场模拟

采用三元微观离散格点形式的相场模型,对Ni75Al25-xFex合金γ'相的原子占位、浓度和长程序参数等进行了模拟计算.结果表明:γ'相沉淀析出为等成分有序化兼失稳分解机制;在γ'相内,随Fe含量的增加,Fe原子在β位的占位呈明显的上升趋势,Al原子反之,且发现有少量Ni原子占据β位.另一方面,在α格点,Fe原子的占位只呈现略微的增长,Al原子几乎不变,而Ni原子则略微下降:β位主要由Al,Fe原子共同占据,形成的γ'相是Ni3(AlFe)单相.     

含Mg,W高温合金γ′相的电子结构

本文用实空间格林函数递推方法,计算了含杂质Mg,W的γ′-Ni_3Al相的电子结构,结果表明,Mg和W原子进入γ′相后都失去部分外层电子,使得原子半径减小,从而有利于杂质以替代方式进入γ′相;Mg和W原子同时进入γ′相,使Mg与γ′基体之间的相互作用增强,有利于γ′相产生稳定结构。     

Ni75Al25-xFex合金中γ′相原子占位的微观相场模拟

采用三元微观离散格点形式的相场模型,对Ni75Al25-xFex合金γ′相的原子占位、浓度和长程序参数等进行了模拟计算。结果表明：γ′相沉淀析出为等成分有序化兼失稳分解机制;在γ′相内,随Fe含量的增加,Fe原子在β位的占位呈明显的上升趋势,Al原子反之,且发现有少量Ni原子占据β位。另一方面,在α格点,Fe原子的占位只呈现略微的增长,Al原子几乎不变,而Ni原子则略微下降;β位主要由Al,Fe原子共同占据,形成的γ′相是Ni3（AlFe）单相。     

Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟。结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ′相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ′有序相的体积分数比γ无序相小,且γ′和γ相的体积分数比值约为60%;Al原子主要占据β格点(γ′相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在αⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ′相为单一的(Ni,Mn)3Al相。     

Ni75Al15Mn10合金γ'相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ’相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟.结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ’相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ'有序相的体积分数比γ无序相小,且γ’和γ相的体积分数比值约为60％; Al原子主要占据β格点(γ’相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在aⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ’相为单一的(Ni,Mn)3Al相.