B2-YX（X=Cu，Rh，Ag，In）点缺陷结构及其基本物性的理论计算

采用第一原理赝势平面波方法，计算了B2-YX（X=Cu，Rh，Ag，In）金属间化合物的基本物性。通过对不同点缺陷结构形成热和形成能的计算与比较，分析和预测了B2-YX金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式。结果表明：B2-YX点缺陷结构主要是X子晶格上的空位与Y子晶格上的反位，在富Y的YX金属间化合物中主要为X空位，在富X的YX金属间化合物中则主要是X反位。通过对B2-YX金属间化合物完整晶体与点缺陷结构Cauchy压力参数C12．C44和G／B。值的比较，发现点缺陷能明显提高B2-YX金属间化合物的室温塑性，推测这很可能是含有点缺陷的实际B2-YX多晶材料比无缺陷理想单晶和NiAl多晶材料表现出更好室温塑性的原因之一。     

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。     

D0_(19)-Ti_3Al中点缺陷浓度与相互作用的第一性原理研究

采用Wagner-Schottky点缺陷热力学模型和第一性原理平面波赝势方法,计算研究了D019-Ti3Al金属间化合物中空位和反位2种类型点缺陷的形成焓、平衡浓度及相互作用。结果表明,这些缺陷的平衡浓度均随温度升高而增大,反位缺陷浓度均高于空位缺陷,Ti原子空位的浓度高于Al原子空位。在理想化学计量比成分下,Ti原子反位与Al原子反位缺陷浓度基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti原子的反位缺陷浓度高于Al原子;在富Al成分端则情形相反。计算结果表明,3种点缺陷对(Al_(Ti)-Ti_(Al)、Ti_(Al)-Ti_(Al)、V_(Al)-Al_(Ti))在基体中具有较强的聚集趋势,而其它类型的点缺陷对则有向基体扩散的趋势。     

L12-Al3Li金属间化合物点缺陷浓度的第一原理计算

运用第一原理平面波赝势方法计算L12-Al3Li金属间化合物点缺陷的形成焓,并结合Wagner–Schottky模型,研究L12-Al3Li金属间化合物在523、673、823和1 000 K时点缺陷浓度与成分之间的关系。结果表明:在这4个温度下,L12-Al3Li金属间化合物中Al空位浓度最小,Li空位浓度次之,Al反位和Li反位的缺陷浓度较大。Al反位和Li反位缺陷浓度在理想金属间化合物Al3Li化学计量比成分处基本相同,不过两种反位的缺陷浓度随着合金成分相对于化学计量比成分的偏离而变化显著,在富Al端Al反位缺陷浓度较大,在富Li端Li反位缺陷浓度较大。运用Arrhenius方程计算点缺陷的有效形成焓,结果显示Al反位和Li反位的有效形成焓较小且基本相同,Li空位次之,Al空位最大。     

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明：RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位.这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高.进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好.     

V掺杂Ni3Al点缺陷结构及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了V掺杂Ni3Al合金的电子结构和点缺陷结构.通过计算与实验结果对比选择了适合Ni3Al合金计算的近似方法,计算了含有各个缺陷的晶胞的晶格常数,形成热和结合能,点缺陷的形成能和平衡浓度,态密度和电荷密度.计算结果表明:Ni3Al合金中反位缺陷较空位缺陷易形成,NiAl是Ni3Al合金中最主要的反位缺陷,Al位最易形成缺陷,在1400 K时,空位缺陷的浓度远远低于反位缺陷的浓度.V加入Ni3Al合金体系中能提高合金的稳定性.     

基于Miedema模型Al3X(Sc, Er, Zr, Li)点缺陷形成焓的计算

运用Miedema模型研究了Al3X(Sc,Er,Zr,Li)金属间化合物的形成焓,并结合点缺陷形成理论计算了Al3X空位和反位缺陷的形成焓。结果表明Al-Sc和Al-Er系形成焓较为接近,说明Sc和Er在Al中性质相近。Al-X(Sc,Er,Li)二元化合物中X原子的空位形成焓高于Al原子的空位形成焓,表明Al-X系二元化合物更易形成Al空位。Al3Er反位缺陷形成焓最大,Al3Zr和Al3Sc居中,Al3Li最小。Al3Sc、Al3Er和Al3Zr易于出现空位和反位两类缺陷共存的情形,而Al3Li反位缺陷形成焓明显小于空位形成焓,因而更易形成反位缺陷。     

L12型Co3Ti基金属间化合物有序化行为的热力学研究

采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L12结构的Co3Ti基金属间化合物中元素的占位有序化行为。结果表明,Co3Ti化学计量比合金呈现完全有序化;对于xCo/xTi为3:1的Co72Ti24M4合金,第3合金组元M为Si或Ta时,M与Ti共同占据1a位置,M为Cu、Ni、Pd、Rh、V或W时,M与Co占据3c位置,而当M为Al、Cr、Ge、Mn、Sc或Y时,M在1a和3c位置的占位分数相同,这些元素的占位行为均不受温度影响;而当M为Fe、Hf、Mo、Nb、Ru和Zr的占位情况随温度发生变化。随原子核外层电子的增加,原子占位逐渐倾向于从1a亚晶格转向3c位置。亦预测了xCo/xTi偏离3:1的部分合金的占位分数随合金成分和温度的变化细节,预测结果与文献进行了比较,并澄清了文献上的分歧     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能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,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

第一性原理研究点缺陷对B2结构NiAl合金性能的影响（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了含点缺陷结构NiAl晶胞的形成热、形成能、点缺陷平衡浓度、力学性能、电子结构等。将NiAl与其他B2结构的金属间化合物进行对比,发现NiAl拥有更好的塑性和成键强度。根据形成热、形成能和点缺陷平衡浓度的计算结果,发现Ni反位和空位缺陷是NiAl晶胞结构中主要的点缺陷。通过Pugh(G/B_0)和Cauchy(C_(12)–C_(44))准则预测出Ni空位和反位缺陷、Al反位缺陷能够提升NiAl合金的脆性,其中Ni空位缺陷作用最明显;而Al空位缺陷能够改善NiAl合金的塑性,但在NiAl合金中的浓度很低。态密度计算结果发现NiAl合金具有良好的导电性能,Ni空位缺陷、Al空位和反位缺陷能够提升NiAl合金的稳定性。     

Ta离子注入Ti6Al4V合金耐磨性研究

用5种Ta离子注入剂量(1.2×1016、3×1016、1.5×1017、3×1017、4.5×1017 ions/cm2)对Ti6Al4V合金进行离子注入表面改性.采用纳米硬度计测量Ta离子注入前后Ti6Al4V合金表面硬度随压入深度的变化,利用多功能摩擦磨损试验机研究Ta离子注入前后Ti6Al4V合金材料的耐磨性,利用X射线衍射技术研究Ta离子注入前后Ti6Al4V合金表面的物相分布.结果表明,除Ta离子注入剂量为3×1017 ions/cm2外,Ta离子注入Ti6Al4V合金硬度有一定的提高;Ta离子注入Ti6Al4V合金摩擦系数降低;除Ta离子注入剂量为3×1017 ions/cm2外,Ta离子注入Ti6Al4V合金的耐磨损性能得到了改善.摩擦系数降低和硬度提高、Ta离子注入的固溶强化、单质Ta新相的弥散强化改善了Ti6Al4V合金的耐磨损性能.     

金属间化合物Ni3Al点缺陷的理论计算

本文建立起Ll_2型金属间化合物点缺陷的平衡方程,计算了Ni_3Al中反位置缺陷、空位的浓度分布并通过考察点缺陷的温度效应,在理论上澄清了对Ni_3Al中“组分点缺陷”性质的认识     

高温合金的化学成分

正高温合金要提高热强性,主要采用合金化强化,强化作用有强化固溶体、强化基体及强化晶界:加入的元素有:1)形成奥氏体的元素:Ni、Fe、Co、Mn;2)提高抗氧化、耐腐蚀性的元素:Cr、Al、Ti;3)固溶强化元素:W、Mo、Cr、N、Al;4)金属间化合物强化元素:Al、Ti、Nb、Ta、Hf。此外,W能大量进入γ′相,以增强γ′相的强化作用;5)碳化物强化元素:Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Hf、(N);     

高温合金的化学成分

正高温合金要提高热强性,主要采用合金化强化,强化作用有强化固溶体、强化基体及强化晶界,加入的元素有:(1)形成奥氏体的元素:Ni、Fe、Co、Mn;(2)提高抗氧化、耐腐蚀性的元素:Cr、Al、Ti;(3)固溶强化元素:W、Mo、Cr、N、Al;(4)金属间化合物强化元素:Al、Ti、Nb、Ta、Hf。此外,W能大量进入γ′相,以增强γ′相的强化作用;(5)碳化物强化元素:Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Hf、(N);     

合金元素在ZrCr2 Laves相中的晶格占位及其对力学性能的影响

应用Rietveld模拟计算和实验X射线衍射分析合金元素V、Nb和Mo在ZrCr2 Laves相金属间化合物中的晶格占位，研究合金化对ZrCr2 Laves相力学性能的影响。研究结果表明：合金元素V和Mo占据ZrCr2 Laves相金属间化合物中Cr原子的晶格位置，而Nb则占据Zr原子的晶格；添加合金元素V、Nb和Mo使ZrCr2 Laves相化合物硬度及脆性度降低，断裂韧度显著提高，即合金化对ZrCr2 Laves相起软化作用。初步探讨合金元素对ZrCr2 Laves相力学性能的影响机制。     

Ag和Ta离子双注入Ti6Al4V合金表面改性

采用先注入1×1017ion/cm2Ag离子,注入能量为64.2keV;后注入1.5×1017ion/cm2Ta离子,注入能量为146.5keV对Ti6Al4V合金进行离子双注入表面改性。采用X射线衍射分析离子双注入前后Ti6Al4V合金表面的物相;利用X射线光电子能谱研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面元素化合态以及离子双注入Ti6Al4V合金表面元素浓度沿深度方向的分布。结果表明,离子双注入前后Ti6Al4V合金表面都被氧化了,离子注入前合金表面存在TiO、Ti2O3和Al2O3,离子双注入后Ti6Al4V合金表面有TiO2、Ta2O5、TaOx和AgO2新相生成,且在表面还存在少量V2O5和Al2O3。离子双注入合金表面生成的氧化物层形成了扩散阻挡层,阻挡铝离子和钒离子向外扩散,从而减少Ti6Al4V合金表面铝离子和钒离子的释放量。     

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。     

延性β相稳定性与合金元素合金化行为的研究

基于余氏固体与分子经验电子理论，利用平均原子晶胞模型计算了Ti3Al基合金中延性β相的价电子结构，给出了其价电子结构信息——相结构因子nA，σN，F。用相结构因子nA，σN，F分析讨论了β相价电子结构与稳定性的关系及合金元素的合金化行为。认为β相及含不同合金元素的β相的精细价电子结构是金属间化合物α2-Ti3Al合金化与Ti3Al基合金选择Nb，V，Mo3种合金元素作为常用合金化元素的微观本质原因。     

掺V和Ag的TiAl合金中缺陷和电子密度的正电子湮没研究

测量了Ti50Al50，Ti50Al48V2，Ti50Al48Ag2合金和充分退火的Ti，Al，Ag，V金属的正电子寿命谱，利用正电子寿命参数分别计算了合金基体和缺陷态的自由电子密度。TiAl合金的脆性与其基体和晶界缺陷处的自由电子密度较低有关。在富Ti的TiAl合金中加入V，V原子比Al和Ti原子能提供较多的自由电子参与形成金属键，因而提高了合金基体和晶界缺陷处的自由电子密度；在TiAl合金中加入Ag也有类似的效应。在TiAl合金中加入V和Ag，有利于提高合金的韧性。     

点缺陷对B2-CoSc化合物物性影响的第一性原理研究

利用第一性原理的Castep软件,对B2型金属间化合物Co Sc的16种点缺陷的热力学参数、电子结构和弹性常数进行计算,分析16种点缺陷存在的类型及对化合物力学性能的影响。结果表明:Co单空位形成热和结合能分别是-6.78 e V和-0.43 e V,Co单空位化合物最容易形成、稳定性最好;其次是Co单反位化合物,形成热和结合能分别是-6.152 e V和2.504 e V。从而得出16种点缺陷最稳定存在形式是Co空位和Co反位;存在的组态是Co单空位、Co双空位、Co三空位和Co双反位。由电子态密度图中的费米能级和赝能隙也定性判断出,Co空位和反位缺陷化合物比Sc空位和反位缺陷化合物稳定。计算6种点缺陷的泊松比?可知,Co三空位的化合物金属键最强、塑性最好。与完整的Co Sc金属间化合物塑性相比,有空位缺陷的金属间化合物塑性得到提高。