Zr和Mo双掺杂γ-TiAl基合金的稳定性与延性预测

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了Zr和Mo原子双掺杂γ-TiAl合金体系的几何结构、总能量、原子平均形成能、弹性性质、电荷密度分布和布居数。通过对形成能的计算和分析,预测各双掺杂体系均具有能量稳定性,并且Zr原子始终倾向于替代Ti原子,Mo原子的替代倾向不明显。通过对轴比、弹性模量比、电荷密度分布、电荷布居数以及重叠布居数的综合分析,发现Ti_(11)ZrAl_(11)Mo和Ti_(11)MoAl_(11)Zr体系的延性相比纯γ-TiAl体系均有较大改善,并且双掺杂体系的改善效果较单掺杂更为突出。根据弹性模量比和布居数的分析结果预测,Ti_(12)Al_(10)ZrMo可能是一种延性较好的材料。     

Ta掺杂对γ-TiAl基合金块状组织和力学性能的影响

研究了Ti-48Al-2Nb-2Cr-xTa(x=0,1.0,2.0)(原子分数,%)合金α单相区淬火,块状组织(γ_m相)的演变规律,采用EBSD(电子背散射衍射)技术对晶粒取向进行表征。结果表明,在快速冷却条件下,微量Ta元素的添加能够促进γ_m相的析出,促进(体积分数大于50%)或者抑制(体积分数小于50%)γ_m相析出的Ta元素临界含量为2 %(原子分数)。Ta元素能够细化γ_m相亚颗粒,同时,不同种类γ_m变体可直接在α₂晶粒内以BOR形核,在生长过程中发生了沿着{111}γ密排面的变体选择,使得第二代γ_m变体偏离BOR。     

Mo掺杂对γ-TiAl基合金能量稳定性和抗氧化性的影响

γ-TiAl基合金是一类具有广阔应用前景的高温结构材料,改善其高温抗氧化性能是当前研究的热点之一.以第一性原理计算为基础,研究了Mo含量小于9.26％(原子分数)的20种γ-TiAl基合金体系的几何性质、密度、原子平均形成能、间隙O原子的形成能、Al空位和Ti空位的形成能.结果显示:各种Mo替位掺杂γ-TiAl基合金体系的密度升高,但均小于4.5 g·cm-3,仍具有替代传统镍基合金的密度优势.各个掺杂体系的总能量和原子平均形成能均小于零,显示它们具有良好的能量稳定性,据此预测它们可以由实验制备.随Mo含量的升高,掺杂体系的稳定性逐渐降低.通过对Mo掺杂γ-TiAl体系的O原子形成能差值ΔEf(O)、Al空位与Ti空位形成能差值ΔEV的计算和分析揭示,当Mo含量为4.0％ ～7.4％时,阻碍间隙O原子扩散的势垒增大,Al空位扩散的能力得以提升且Ti空位扩散的能力被抑制.这对在γ-TiAl基体表面生成α-Al2 O3占主导地位的连续致密氧化膜有重要作用,为研发抗氧化性能优良的新材料提供了理论依据.     

γ-TiAl基合金机械性能的研究发展

对国内外基于办学模型的γ-TiAl合金的弹性和塑性性能与其微结构的关系的研究进展进行了详细的论述.同时,概述了作者运用细观力学的方法对TiAl合金的弹性和塑性性能的主要研究工作,指出γ-TiAl合金的研究和发展方向.     

γ-TiAl基合金定向凝固特性研究

用定向凝固方法在不同的生长速度下成功地制备了一批γ-TiAl定向凝固试样.通过对不同生长速率下形成的γ-TiAl金相组织观察和分析后发现:随着生长速率的增加,原先的初生稳定相β相的数量逐渐减少,亚稳相α相的数量逐渐增加;最后形成的由α2和γ组成的片层组织的片层间距λ与生长速率的V1/3近似成反比关系.     

轻质高温结构材料--γ-TiAl基合金的研究动向

γ-TiAl基合金被认为是非常有前途的新型轻质高温结构材料,在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景.简要介绍了γ-TiAl基合金的研究概况,并从高铌合金化、复合化、纳米化等方面着重阐述了其今后的发展趋势.     

铌和钨对γ-TiAl基合金热稳定性的影响

采用光学显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，X射线衍射研究了TiAl—5Nb，TiAl—14．3Nb，TiAl—8Nb—1W，TiAl—12．3Nb-2W四种合金片层组织在1000℃的热稳定性。结果表明，TiAl—12．3Nb-2W合金热稳定性最好，但合金元素对TiAl基合金热稳定性的影响机理还有待进一步的研究。     

4d过渡金属替位掺杂γ-TiAl基合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了4d过渡金属X在γ-TiAl中替位掺杂形成的Ti7XAl8和Ti8Al7X体系的几何结构、总能量和弹性常数。对系统总能量、形成能的计算结果揭示Tc、Ru、Mo和Nb替代Al原子(或Ti原子),Rh和Pd替代Al原子掺杂体系比纯γ-TiAl体系更稳定,有利于制备γ-TiAl基合金。分析Ti7XAl8和Ti8Al7X体系的轴比c/a发现,4d过渡金属元素Y、Zr、Tc、Ru、Rh、Mo和Nb替代Al,Y、Ag、Rh和Pd替代Ti均能明显改善γ-TiAl基合金的延性。对弹性模量比的研究表明,Y、Zr、Tc、Ag、Ru、Rh、Pd、Mo和Nb替代Al原子掺杂有利于改善γ-TiAl基合金的韧性。综合分析确认,Mo和Nb易于添加到γ-TiAl基合金中并且有利于改善材料的延性和韧性。这一结论能够与他人的实验研究结果相互佐证。     

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

γ-TiAl基合金的韧化机理及途径

通过金属间化合物TiAl合金在室温下的三点弯曲卸载实验的剖面观察,分析了TiAl基合金的韧化机制.实验结果表明:裂纹尖端的超钝化、裂纹尖端的分叉、沿层偏转,形成很多显微裂纹区,裂纹停在层位相与裂纹扩展方向不利的障碍晶粒边界处以及障碍晶粒与γ晶粒的晶粒边界,这些现象都减少了裂纹扩展的动力,因此使得裂纹扩展比较困难,引起材料的韧化.在此基础上阐述了提高TiAl合金强韧性的主要途径.     

γ-TiAl基合金快速熔凝组织转变的规律

采用激光表面快速熔凝技术处理了γ-TiAl基合金的拟连接表面，原位观察了激光处理组织在不同温度下保温过程中组织转变的特点，研究了处理温度对组织转变速度的影响以及组织细化的规律，结果表明，用激光表面快速熔凝处理所得到的γ-TiAl基合金拟连接表面的枝晶组织，在一定的温度下可转变为细小的等轴晶粒组织，为后续的超塑连接提供了良好的保障。     

Zr替位掺杂γ-TiAl的稳定性和热学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了γ-TiAl和过渡金属Zr替位掺杂γ-TiAl形成的Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系的几何结构、总能量、结合能、声子谱和热学参量。通过对几何结构和结合能的计算分析揭示Zr替位掺杂γ-TiAl能够改善材料的稳定性和延性。能带结构和态密度表明Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系具有金属导电性。计算的声子谱显示Ti7ZrAl8体系具有很好的稳定性。计算结果显示Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系均具有较大而且稳定的高温热容量和热导率,比γ-TiAl有显著的改善。Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系的较大的热容量和热导率都有利于γ-TiAl基合金的技术应用。     

全片层γ-TiAl基合金屈服应力的微结构尺度效应

本文基于多位错塞积模型,研究了γ-TiAl基全片层组织合金的屈服应力与微观结构多尺度的关系,给出了全片层γ-TiAl基合金屈服应力的解析计算公式.重点分析了合金中PST颗粒片层界面强度τλc、晶界强度τdc、片层厚度λ及PST颗粒大小尺度d对合金屈服应力大小的影响.     

孔洞对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

采用分子动力学方法研究了孔洞尺寸、数量以及位置对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响,分析了材料内部的微观缺陷演化及其与材料力学性能之间的关系。结果表明:Nb元素的加入提高了单晶γ-TiAl合金的屈服强度和弹性模量;随孔洞尺寸和数量的增加,含Nb单晶γ-TiAl合金的屈服强度依次减小,这主要是因为孔洞在拉伸过程中充当位错源的作用,它为位错的形核和发射提供了条件;多个孔洞平行于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最大,垂直于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最小,最容易导致材料失效。     

5d过渡金属掺杂γ-TiAl合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,系统地研究了5d过渡金属在γ-TiAl合金中的占位及占位方式,获得了过渡金属掺杂合金体系的形成能、几何结构、电子结构及电荷布居值等参数.结果表明:5d过渡金属元素Hf、Ta和W优先占据γ-TiAl合金中的Ti位;Os、Ir、Pt、Au等优先占据Al位;Re则既有占据Ti位的可能,也有占据Al位的可能,但占据Al位的趋势略大.通过对不同元素掺杂体系的能带结构、态密度和电荷布居值的计算和分析,进一步验证了不同过渡金属元素在TiAl合金中的占位规律,解释了5d过渡金属掺杂对TiAl合金体系结构和性能的影响.     

γ-TiAl合金的研究与开发

γ-TiAl及其合金的科学研究追溯于20世纪50年代中期,一些相关的技术开发工作到20世纪70年代相继涌现.自1980年以来,γ-TiAl系列合金相继取得了专利产权,合金的成分越来越复杂,合金化强度越来越高.Y-W.kim和D.M.dimiduk根据此类合金的成分变化及力学性能改善等特征对这些合金做了分类,大致分成3代,见表1.……     

γ′相增韧NiAl基合金的微观结构

通过定向凝固技术制备的ＮｉＡｌ基双相合金Ｎｉ－３１Ａｌ,是一种“纺织状”γ′纤维增强的ＮｉＡｌ基内生复合材料。在铸态时β和γ′相存在着确定的联向关系。经不同冷却方式的热处理后发现,合金组织结构发生不同程度的变化。其中空冷或油淬后Ｎｉ－３１Ａ的β相大部分转变成为ＮｉＡｌ马氏体相。     

单晶γ-TiAl合金微观滑移机制的研究

针对单晶γ-TiAl合金微观滑移机制方面研究的不足,建立了单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时晶体滑移几何模型,根据几何模型中各夹角之间的几何关系和由Weiss晶带法则给出的滑移方向,计算出了单滑移系中各个滑移方向上的Schmid因子;通过对比计算结果发现在设定条件下晶体更易产生滑移的方向为(001)[01-1]和(11-1)[110];在由主滑移系和交滑移系组成的双滑移系同时开动时,计算出了临界外加拉伸应变为0.633;通过数值模拟验证了所给出的单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时的微观滑移机制的正确性。     

双钙钛矿型氧化物基双掺杂碱土金属结构和电阻率性质研究

以A2B'B"O6型氧化物为研究对象,利用溶胶-凝胶法制备出双掺杂La、Ca的(Sr2-3xLa2xCax)Fe-MoO6(0≤x≤0.30)多晶样品,研究了其结构和电阻率性质.通过XRD测试了其结构,结果显示样品质量优良,并分析了其共性与异性.利用SEM观察了其形貌特征,结果显示样品致密性和连通性较好,部分区域有孔洞.利用EDS探测器对样品成分进行了分析,其电阻率呈先减小后增大的趋势,并分析了其变化机理.