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   

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.     

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。     

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。     

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。     

单晶镍基合金蠕变期间γ￠相的定向生长及影响因素

通过测算不同成分Ni-Cr-Co-W-Mo-Al-Ta系单晶合金在蠕变期间元素扩散的迁移率和γ'相定向粗化速率,研究了元素之间相互作用对扩散速率及γ'相定向粗化速率的影响.结果表明:在γ'相定向粗化期间,合金中γ'相的筏形化速率随成分和应力不同而变化,且γ'相筏形化时间随施加应力的提高而缩短,其中,元素扩散及γ'相定向粗化的驱动力与施加应力及弹性模量相关.元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响,随合金中难熔元素Ta+Mo总含量及Ta/W的比值增加,可提高Al的扩散激活能,降低Al的扩散速率,延长γ'相的筏形化时间.在γ'相定向筏化的扩散场中,由原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程,其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面,可形成异类原子结合键及稳定的原子堆垛方式,是形成Ll2结构γ'有序相的主要原因.     

Ag粒子与Ni包覆Ag粒子熔化特性的价键分析

采用非相对论第一原理分子轨道DV—Xα模型簇方法，计算了Ag纳米粒子自由表面与Ag-Ni半共格界面的电子结构，并从键重叠聚居数QAB，层内与层间原子的部分键合强度(PBO)以及界面原子的总键合强度(TBO)几个方面，对Ag的(111)，(100)与(110)自由表面和Ag—Ni半共格界面的价键结构进行了比较，进而对其熔化特性进行了分析．初步揭示了自由表面“预熔化”与共格界面“过热”的电子机制，并从电子层次上考察了(111)，(100)和(110)表面与界面的预熔化与过热程度及其熔化方式．     

Ta和Mo点位偏好对Co-Al-W合金γ′相的影响

为了研究Ta元素和Mo元素合金化对Co-Al-W基高温合金γ′相强度和形貌的影响，构建γ′-L12超胞结构，对其六个非等效点位进行掺杂计算，分析能量结构和力学性能；并制备Co-8.8Al-9.8W-2X(X=Ta, Mo)合金，对合金进行5%和10%的压缩变形，使用透射电镜（TEM）技术对合金γ′相形貌和位错形态进行分析。结果表明:Ta原子掺杂时优先占据Al2位置，Mo原子掺杂时优先占据W6位置，Ta原子占据Al2位置会使得γ′-L12掺杂结构的强度以及组织稳定性升高，Mo原子在W6位置的掺杂则效果相反；由于在合金化时Ta原子优先占据在Al2位置，导致了γ′相强度升高，2Ta合金在进行压缩变形时γ′相形貌可以保持为立方状，位错对γ′相的切割破坏较为有限，而2Mo合金由于Mo原子优先占据W6位置导致γ′相强度降低，进行压缩变形时γ′相形貌由立方状转变为筏排状，位错对γ′相的破坏较为严重。     

镍基高温合金长期时效后元素分布规律研究

采用原子探针仪器LEAP 4000X Si,研究镍基高温合金Ni-Al-Cr-W-Re-Ru长期时效后的元素分布规律。结果表明,Ni、Cr和Re原子在无序γ(fcc)-基体相中富集,而Al和W原子更多分配到有序γ'(L1_2)-析出相。在γ/γ'相界面γ相一侧出现Ni原子局部富集,导致界面自由能降低。γ'相中,溶质元素原子浓度总和约25at%,实验局部Al-R(R=Re、Ru或W)RDF在第1最近邻距离处负相关,说明Re、Ru和W优先占据Ni3Al(L1_2)结构的Al位。和三元合金Ni-Al-Cr相比,添加W、Re和Ru后,合金的γ相得到固溶强化,γ'相体积分数提高,硬度增加。     

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.     

Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金沉淀过程及其γ~'相原子占位的微观相场

采用三元微观相场动力学模型,研究了Ni75Al14Mo11合金的沉淀过程及其γ'相的原子占位现象,对合金的微观组织演化图像、序参数及占位几率进行了分析,结果表明,Mo与Al元素的加入使该合金中首先析出L10结构,随后发生L10结构向L12结构的原位结构转变;γ'相沉淀析出方式是等成分有序化兼失稳分解机制;γ'有序相中Al、Mo原子共同占据了面心立方的顶角位,且Al原子在γ'有序相中顶角β2位的占位几率始终稍大于Mo原子。     

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.     

LaS/CeS与γ-Fe异相界面性质的第一性原理计算

为了探讨LaS/CeS与γ?Fe两相之间的异相界面性质,本文采用边?边匹配(E2EM)模型计算了LaS/CeS与γ?Fe两相之间晶体学上的原子匹配情况,基于晶体学计算结果,采用基于密度泛函理论的第一性原理,从原子尺度计算了LaS/CeS与γ?Fe之间的界面结合性质与界面能。晶体学计算表明,LaS/CeS与γ?Fe之间沿匹配列的原子间距错配度最小值为10.63 %/10.52 %,密排面间距错配度最小值为2.04 %/3.32 %;LaS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe和LaS∥γ-Fe & LaS∥γ-Fe ;CeS与γ?Fe之间粗略的位向关系为：CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe和CeS∥γ-Fe & CeS∥γ-Fe。基于预测的晶体学位向关系,采用相干界面近似构建了6种不同终端界面模型,第一性原理计算表明,LaS/CeS与γ?Fe之间原子匹配错配度最低界面的粘附功为4.78J·m?2/3.65J·m?2,界面结合强度较高,界面键合以金属键为主。异相界面能计算表明,LaS/CeS与γ?Fe两相之间的原子匹配错配度越小,界面能越低,原子匹配错配度最小时,界面能分别为?0.58J·m?2/?3.43J·m?2,计算结果能够为LaS/CeS与γ?Fe之间的晶体学匹配提供能量学依据。     

γ-APS接枝环氧树脂分子对环氧涂层/金属界面化学键合的研究

利用γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)对环氧树脂分子进行改性合成了具有键合特性的活性树脂(γ-APS/EP),将活性树脂作为液态添加剂加入到环氧涂层中,利用活性树脂与金属表面羟基反应生成耐水解的噁烷键的特点,实现了环氧涂层/金属界面的化学键合。研究表明,活性树脂添加量为3%(质量分数)时,环氧涂层与金属基体的界面结合力和对腐蚀介质的抗渗透性能达到最佳。根据活性树脂含量的影响,提出了活性树脂在环氧涂层/金属界面的键合机理。     

合金元素对Cu/γ-Fe界面特性影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算合金原子在Cu/γ-Fe界面不同点阵位置的置换能,确定合金元素在Cu/γ-Fe界面模型的占位。通过对晶格错配度、界面结合能、界面能和电子结构的计算分析合金元素对Cu/γ-Fe界面特性的影响。计算结果表明:合金元素B、Si、P、Al、Zr使界面结合能增大,增强Cu/γ-Fe界面稳定性;B、Si、P等11种合金元素则会使界面能降低,有利于γ-Fe的时效析出形核。因此,B、Si、P、Al、Zr可以促进γ-Fe的析出,同时形成稳定的γ-Fe相。通过合金原子相对体积、晶格错配度和差分电荷密度的计算,分析合金元素的作用机制。     

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。     

Mn对中锰钢α-Fe/γ-Fe界面影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Mn原子进入α-Fe/γ-Fe界面前后的分离功、界面能、电子结构和成键特征等特性进行了分析.结果表明:Mn原子在逆相变过程中倾向于置换奥氏体一侧铁原子,即倾向于向奥氏体扩散,从而使奥氏体的临界形核功减小,临界形核半径减小,形核数量增加,热稳定提高.另外,界面态密度和Millike...     

Ni75AlxV25-x合金中异相界面成分演化的微观相场模拟

采用微观相场模型研究界面原子结构和相变方向对Ni75AlxV25-x合金中异相间有序畴界和有序/无序相界成分演化的影响。结果表明:在异相间有序畴界处,V在有序畴界的DO22相一侧贫化,在有序畴界的L12相一侧偏聚;Al则在有序畴界的DO22相一侧偏聚,在有序畴界的L12相一侧贫化。Ni在异相间可迁移有序畴界处的成分受相变方向和界面结构的影响。在DO22相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni偏聚,V则贫化;在L12相与无序相之间形成的相界处,Al和Ni贫化,V则偏聚。由于溶质拖拽效应,合金元素在有序畴界处的偏聚和贫化倾向不随有序畴界迁移改变,但程度变化。     

纯γ-Mn的电子、基态属性和磁有序结构

采用第一原理方法，基于ultrasoft赝势，密度函数理论，从原子层面对纯γ－Mn的顺磁，铁磁和反铁磁性状态下的电子、基态属性，相稳定和磁有序结构进行了研究，通过自旋极化分析讨论了纯γ－Mn这3种磁性状态的结构稳定性，发现在基态时，反铁磁性状态的γ－Mn结构最稳定，且Mn原子处于高自旋状态，其理论磁通量为2．41ua/atom，这与实验结果吻合，通过局部状态密度（DOS），分析了它们的键和磁有序特性，发现主要是位于Fermi态附近的3d轨道电子对磁性起决定性的作用，其向上自旋和向下自旋的主峰分别处于Fermi能下面的键区和Fermi能上面的反键区，通过比较这3种磁性状态可知，反铁磁的γ－Mn存在显著的磁体积效果。