金属间化合物Mg_2Pb的电子结构和弹性性质

运用第一性原理方法计算了金属间化合物Mg_2Pb的电子结构以及弹性性质,并用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到Mg_2Pb的弹性模量和切变模量.结果表明:Mg和Pb对态密度的贡献主要是Mg的2p轨道和Pb的5d轨道,其次为Mg的3s轨道和Pb的6p轨道,Pb的6s轨道贡献最小;在Mg原子周围有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Pb之间存在共用的电荷,有较强的离域性,以共价键形式存在,但交界电荷的畸变不大,故共价键所占比例较少,金属键所占比例较大,Mg_2Pb化合物呈半金属性;Mg_2Pb的弹性模量和切变模量分别为68.6和27.9 GPa,Pugh经验判据和泊松比均表明Mg_2Pb具有脆性.     

硼化钛结构稳定性、力学和热力学性能理论研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论计算了硼化钛的稳定性、电子结构、弹性模量、各项异性参数和低温热容等。计算结果表明,硼化钛的成键包含金属、共价和离子键,Ti2B的金属性最强,而TiB2的共价性最明显;其中TiB_Pm3m与TiB_F43m分别为热力学与力学失稳结构,而TiB2的稳定性最佳,TiB2的体模量、剪切模量和杨氏模量分别为251.4,260.1和564.6 GPa,显著高于其他硼化钛。B/G值表明,TiB2的韧性差,从而限制了其作为切削工具或耐磨部件的应用。因此,认为要获得良好的韧性与耐磨性,应设计制备TiB2基复合材料。     

钛硼化物的结构、力学和电子性质的第一性原理研究(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了过渡族金属钛硼化物(Ti2B,TiB和TiB2)的晶体参数、力学性能和电子性质。晶格参数的计算结果与实验值以及其它理论计算值吻合得很好。弹性常数的计算结果表明,这3种硼化物在常压下都是力学稳定的。与金属钛相比(120GPa),3种硼化物的体弹模量都很大且随着硼含量的增加而增加,这可能是由金属晶格中引入的硼原子与钛原子之间形成定向共价键引起的。除TiB2外,TiB具有较大的体弹模量和剪切模量,可以视作为一种具有良好抗压性质的硬质材料。此外,对这几种硼化物的弹性各向异性性质和德拜温度也进行了讨论。电子态密度和原子电荷布居分析表明,这3种硼化物的化学键成分同时包含了共价、离子和金属成分。     

韧性金属间化合物CeAg的第一性原理计算(英文)

采用第一性原理计算法研究具有B2(CsCl)结构的二元韧性金属间化合物CeAg的结构、力学性能、电子性质以及热力学性能。利用广义梯度近似计算得到的晶格常数为3.713,比自旋密度近似计算的结果更符合实验值。负的形成能表明具有B2结构的CeAg是热力学稳定相。Ce和Ag原子的d能带相互分离导致两者的键合杂化作用较弱,从而阻止具有方向性的共价键形成。计算得到了CeAg的3个独立弹性常数(C11,C12和C44),体模量、剪切模量、弹性模量、各向异性因子以及泊松比分别为57.6GPa、15.8GPa、43.4GPa、3.15和0.374。弹性常数符合所有力学稳定性准则。CeAg的Pugh判据值为3.65,当Pugh判据值大于1.75时,CeAg具有良好的韧性。此外,还计算和讨论了CeAg的体积、体模量、热容和热膨胀系数随温度或者压力的变化规律。     

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。     

RhZr2电子结构和弹性性质的第一性原理

通过基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的第一性原理(First Principles),分别应用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算四方晶相RhZr2基态的电子结构和弹性系数矩阵。对四方晶相结构的RhZr2进行几何优化,对其能带结构、总态密度和分态密度以及差分电荷密度进行研究,并计算RhZr2晶体的原胞总能量与形成焓。计算得到RhZr2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44、C66分别为195.38、176.80、109.00、235.65、11.12、24.51GPa,体积模量为156.92(±2.22)GPa,在[100]、[010]和[001]方向上的杨氏模量分别为34.77、34.77、171.80GPa,切变模量Gxy、Gzx、Gzy分别为24.79、14.57、19.68GPa。     

PtZr合金高压下结构与性能的第一性原理研究

采用第一性原理的方法针对PtZr合金,计算了在0~80 GPa高压环境下的晶格常数、弹性常数、体模量、剪切模量和电子结构。计算结果发现,PtZr合金的晶格参数,晶胞体积随着压力的增加而线性降低。分析其弹性模量,在高压环境下,PtZr合金的体模量随着压力的增加而线性增大,但剪切模量在0~40 GPa范围内随着压力的增加而增大,当达到40 GPa时出现一个极大值,当压力继续增大时,剪切模量基本趋于稳定。这种弹性模量的变化主要是因为在高压条件下,Pt的5d电子轨道上的电子和Zr的4d电子轨道的电子相互作用增强,形成较强的金属键所致。     

TiB2+SiC混杂颗粒增强的ZL109复合材料

在原位合成工艺制备TiB2颗粒增强ZL109复合材料基础上，通过加入SiC颗粒增强铝基复合材料，制备了TiB2＋SiC混杂颗粒增强ZLl09复合材料。结果表明：TiB2颗粒在铝合金熔体中具有良好的悬浮稳定性，而且在TiB2＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，由于TiB2颗粒的存在，有效抑制了SiC颗粒的沉降行为，熔体经45min静置仍可获得颗粒分布均匀的复合材料，这使得制备高模量复杂形状零件的直接铸造成型成为可能；在TiB，＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，颗粒的混杂作用对复合材料弹性模量的提高具有协同作用，能够大幅度提高复合材料的弹性模量，其弹性模量较计算值提高14．7％；对于（10％TiB2＋10％SiC）／ZL109混杂增强铝基复合材料，经T6热处理后，材料抗拉强度可达到275MPa，弹性模量提高到105．8GPa。     

Co-Sc金属间化合物物性参数和结构稳定性北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论的第一性原理法对Co-Sc体系中Co Sc、Co2Sc和Co Sc2化合物的热力学参数、电子结构和弹性性质进行计算,分析了3种化合物结构的稳定性和力学性能。结果表明:3种化合物Co Sc、Co2Sc和Co Sc2形成能分别是-0.54、-0.51和-0.36 e V,结合能分别为-6.08、-6.07和-5.56 e V。热力学能均是负值,3种化合物能稳定存在。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2费米能级分别为0.6、7.8和8.1 e V,Co Sc在费米能级处的电子能量最小稳定性最好。态密度图分析3种化合物都是金属间化合物。Co Sc的Co(p)、(d)轨道和Sc(p)、(d)轨道电子明显重叠,发生了强烈的杂化作用。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2体积模量分别为2.7、172.1和59.3 GPa,Co2Sc有最强的抵抗体积变化特性。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2剪切模量分别为72.7、70.1和20.9GPa,Co Sc的刚度相对较强。Co Sc的B/G<1.75为脆性材料,而Co2Sc、Co Sc2的B/G分别为2.46、2.84为塑性材料。     

Nb-Si-N 纳米复合薄膜中的界面力学性能研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Nb-Si-N纳米复合薄膜间隙型界面结构和置换型界面结构的力学性能。采用第一性原理方法计算了不同应变下的系统能量,通过分析得到其力学常数。计算出间隙型界面和置换型界面结构的体积模量分别为233.595 GPa和280.204 GPa,剪切模量分别为70.716 GPa和125.677 GPa,杨氏模量分别为192.702 GPa和327.994 GPa。这表明Nb-Si-N纳米复合薄膜置换型界面结构的抗剪切形变与抗压缩形变都优于间隙型界面结构。杨氏模量各向异性分析显示,两种界面结构各方向弹性较为一致,NbN各方向弹性差别较大。     

TiB2含量对TiB2/Cu复合材料性能的影响

研究了TiB2含量对原位生成TiB2／Cu复合材料性能的影响。结果表明：TiB2／Cu复合材料的硬度、强度随TiB2含量的增加有所提高，但强度在TiB2的含量超过2．0％后有所下降，导电率随TiB2含量的增加有所下降，软化温度基本保持在900℃左右。     

原位生成TiB2/ZL102复合材料的研究

研究了熔体直接反应原位生成ＴｉＢ２粒子强化ＺＬ１０２复合材料,结果表明：原位生成的ＴｉＢ２粒子呈等轴状,尺寸都小于１μｍ,大部分弥散分布在共晶区内,而在α－Ａｌ内几乎不存在ＴｉＢ２粒子;ＴｉＢ２粒子的生成显著提高材料的室温抗拉强度,当ｗ（ＴｉＢ２）粒子为７％时,σｂ提高了２５％,而且材料仍为塑性材料。     

原位钛基复合材料激光焊接过程中TiB晶须增强体的微观结构演变

本研究采用Nd:YAG激光成功地对TiB晶须和La₂O₃颗粒混杂增强的原位钛基复合材料进行了焊接。利用金相观察、X-ray衍射、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试方法,研究了激光焊接过程中TiB的演变行为,探讨了激光焊接头中的物相组成,TiB的分布及形貌特征,及TiB(或La₂O₃)和基体之间的界面关系。研究结果表明,TiB依然存在于焊接接头中,未发现有害物相的形成。在接头熔化区和靠近焊接热源的热影响区中,TiB尺寸显著细化,重新分布于b柱状晶晶界形成新颖的网络状结构。而在远离熔合线的热影响区中,由于受焊接热输入影响小,仅有少量TiB晶须通过B原子的强化扩散而改变了尺寸大小。而靠近母材的TiB未有变化,保持着和母材中TiB相似的形貌特征。进一步的TEM研究证明,增强体和基体之间的界面干净,仍保持良好的界面结合关系,未发现任何不良界面反应的发生,这也表明在激光焊接过程中,增强体和钛基体之间的界面结构是比较稳定的。     

TiB2/Ti-Al复合材料中棒状TiB2晶体的微观特征

用XDTM法制备了TiB2/Ti-Al复合材料并利用XRD、SEM和TEM对复合材料的相组成和微观组织进行了研究.结果表明:复合材料中棒状TiB2的{1010}面存在与[0001]晶向垂直的薄片状凸耳,其厚度一般小于0.2μm,伸出表面高度可达4μm,并且这些凸耳的晶面取向与棒状TiB2本身是相同的;棒状TiB2一般以垂直交叉的十字或数个十字构成的辐射状形式分布于α2/γ层片基体中;在较快的凝固过程中,棒状TiB2固-液界面前沿产生的富Al、Ti边界层和随着棒状TiB2晶体的长大,导致固-液界面上B原子过饱和度不均匀性增加,共同作用使固-液界面失稳,从而形成了棒状TiB2的形貌特征.     

THE REINFORCING MECHANISM OF TiB2 IN TiB2／A357 COMPOSITE

Mechanical properties were tested for in situ TiB2/A357 composite fabricated by LSM (mixed salts reaction) method. Micro structures of as cast and plastic deformed TiB2/A357 were investigated. The results show that there is a low misfit between (200) Al and (101)TiB2 with [011]//Al [101]TiB2. There is a change from fully dendritic structure of the α-Al of A357 to a rosette-type structure of TiB2/A357. Significant increases in proof stress and Young's modulus can be obtained at low TiB2 additions. There exist dislocation loops around neighboring TiB2 particles with about 0.1μm in diameter and dislocation multiplication near TiB2 particles.     

TiB2对TiB2/Al复合材料组织与氢含量的影响

采用混合盐反应法（LSM法）制备TiB2质量分数分别为5%、10%、15%、20%的TiB2/Al复合材料,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和激光粒度仪等观察微观形貌及物相组成,分析TiB2质量分数对复合材料的组织的影响,同时利用氧氮氢分析仪检测TiB2质量分数对复合材料热处理前后氢离子含量的影响。结果表明,随TiB2质量分数的增加,复合材料中生成的TiB2颗粒尺寸不断增大,并且氢离子含量不断增多。TiB2质量分数为5%和10%的TiB2/Al复合材料中,生成的颗粒尺寸细小且均匀分布于基体中,而15%和20%的TiB2/Al复合材料生成的颗粒尺寸偏大。采用合适的热处理工艺可有效降低复合材料的氢离子含量,尤其对TiB2质量分数为5%和10%的TiB2/Al复合材料降低氢离子量的效果更为显著。     

钛金属表面熔盐电解法制备TiB2/TiB表面层

运用渗硼技术改进金属钛及其合金的表面特性。以无水硼砂为主渗硼剂,无水碳酸钠为助熔剂和高温络合剂的渗剂体系,在电流密度为7.3 A/dm2,保温温度为900℃,通电时间为30 min的电解渗硼工艺下制备出复合硼化物表面层。通过热重与差热图谱确定几种硼砂-碳酸钠配比体系的初晶温度。对4种不同配比的渗硼剂试验得到的样品做XRD测试,分析了相结构。并对硼化物生长机理与结构进行了研究与分析。结果显示:质量比为8∶2的渗硼剂组成最优。纯硼砂电解的样品表面物相组成与二渗硼钛标准粉末的XRD完全吻合。钛金属表面主要生成TiB2与TiB;扫描电镜图像可知渗硼表面致密,TiB2与TiB分层较为明显;TiB厚度可达35μm,TiB2厚度为43μm。     

Effect of TiB2 Particle Size on Erosion Behavior of Ag-4wt% TiB2 Composite

为了研究不同粒度TiB2对Ag-TiB2复合材料电弧侵蚀行为的影响,通过机械球磨和粉末冶金的方法制备不同粒度的TiB2增强Ag-4%TiB2(质量分数)复合材料。对Ag-4%TiB2复合材料的组织进行了分析,定量分析了TiB2的分布。用TDR240A单晶炉改装的设备进行真空电弧侵蚀实验,采用扫描电子显微镜(SEM)表征了电弧侵蚀后试样表面形貌,测量了电弧侵蚀前后的质量损失,采用TDS-2014双通道数字示波器记录了每次电弧的持续时间,并且对电弧侵蚀机理进行了讨论。结果显示,随着TiB2颗粒粒度的减小,TiB2颗粒在Ag基体分布更均匀,Ag-4%TiB2触头材料表现出小的质量损失,短的电弧持续时间,大的侵蚀区域以及浅的侵蚀坑。说明了细小TiB2颗粒更能有效改善Ag-4%TiB2触头材料的耐电弧侵蚀性能。     

TC4合金渗硼层TiB和TiB_2价电子结构与渗层硬化

计算了TiB与TiB2的价电子结构,研究了TiB、TiB2的价电子结构与TC4合金渗硼层硬化的关系。研究发现:TC4合金渗硼层的TiB2和TiB相中B-B原子键合力最强,且远大于合金基体组成原子的键合力;TiB2相最强共价键的共价电子对数nTiB2为A 0.5554,TiB相最强共价键的共价电子对数nTiB A为0.4042,因此TiB2相对基体的硬化作用更强;TiB2相的原子状态组数σN为123,而TiB相的原子状态组数σN为19,所以TiB2相的稳定性更高;由相成键能力F的计算可知,从热力学角度看,渗层中TiB应比TiB2多;共价键空间分布决定了TiB晶体易沿[010]晶向生长成短纤维状,而TiB2相易于生成高对称性的粒状或球状,故TiB2比TiB更有利于硬化基体。     

Effect of Cu element on morphology of TiB2 particles in TiB2/Al−Cu composites

In order to explore the influence of Cu element on the morphology evolution of the in-situ TiB₂ particles, the 10 wt.% TiB₂ reinforced Al−5wt.%Cu based composite was prepared by mixed salt casting. The morphology characterization and transformation of TiB₂ reinforcements caused by Cu element were investigated by multi-scale microstructure characterization and statistics techniques. In the case of controlled casting, 5 wt.% Cu addition was found to transform the TiB₂ particle morphology from hexagonal plate with sharp edges and corners to hexagonal or tetragonal prism with chamfered edges and corners with the distinguishing growth steps both on the top surface and the side surface. The TiB₂ growth in Al−Cu matrix followed the rules: nano-scaled spherical nuclei—polyhedron grains—chamfered hexagonal particles—hexagonal plates—chamfered particles with obvious growth steps. The adsorption energy of Cu on different crystal surfaces of TiB₂ was caculated to reveal the influence mechanism and the results indicated that Cu was preferentially adsorbed on the (101(—)1)_TiB2 crystal planes, devoting to the small aspect ratio of TiB₂.