医用Ti基合金形成焓的改进Miedema模型计算

采用改进Miedema模型计算医用Ti基合金的形成焓.结果表明,在医用Ti基合金中掺入非过渡金属A1或Sn能显著降低医用Ti合金的形成焓.对于Ti-Zr系合金形成焓,弹性形成焓的贡献较化学形成焓贡献大.     

铝-稀土金属间化合物形成焓的计算

详细分析了二元铝-稀土金属间化合物的形成焓的Miedema计算值和文献报道数据的误差分布.结果表明,计算值相比于文献中实验数据普遍呈现负偏差.为此,计算研究中需要针对铝-稀土元素重要的影响因子--稀土原子与铝原子的半径比来修正热力学计算模型.对铝-稀土金属间化合物的系列计算结果及其误差分析说明,修正的Miedema模型计算值更加接近实验值,误差由原来的36%缩小到目前的5%.并利用MTDATA热力学计算软件部分验算计算结果,证明依据新模型的热力学计算预测更加准确可靠.用新模型计算了常见的铝-稀土金属间化合物的形成焓,同时也计算了Al-Er,Al-Tb,Al-Gd 等研究数据缺乏的铝-稀土金属间化合物的形成焓.     

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。     

Zr对Ni3Al晶界及力学性能的影响

对不同Ｚｒ含量Ｎｉ３Ａｌ的力学性能及晶界的研究结果表明：随Ｚｒ含量的增加，合金的屈服强度和抗张强度不断提高；当Ｚｒ≤０．７ａｔ．－％时，塑性随Ｚｒ含量的增加而提高；但Ｚｒ含量达１．２ａｔ．－％时，Ｚｒ的增塑效果下降．Ａｕｇｅｒ能谱分析表明：Ｚｒ在晶界有偏聚，偏聚因子约为３．断口观察显示：不含Ｚｒ或Ｚｒ含量为１．２ａｔ．－％的Ｎｉ－２４．０Ａｌ合金均为沿晶断裂，其余含Ｚｒ合金的断裂方式为穿晶、沿晶混合断裂．这表明：含Ｚｒ的Ｎｉ３Ａｌ塑性和Ｚｒ在晶界的偏聚有密切关系．     

金属间化合物L1_0-TiAl点缺陷浓度的第一原理

采用第一原理平面波赝势方法,结合Wagner-Schottky缺陷热力学模型,研究金属间化合物L10-TiAl中各种空位和反位点缺陷的形成焓、热力学平衡浓度及其相互作用等。结果表明:这些缺陷的热力学平衡浓度均随温度的升高而增大,其中反位缺陷浓度均高于空位缺陷浓度,Ti空位浓度高于Al空位浓度。在理想化学计量比成分下,Ti反位缺陷的浓度与Al反位缺陷的基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti反位缺陷的浓度高于Al反位缺陷的;在富Al成分端则相反。不同点缺陷之间均普遍存在相互排斥性,难以聚集,将倾向于向基体中分散和扩散。     

Al-Li-Mg(Ti)合金形成焓的EAM研究

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积弹性模量等,确定了Al、Li、Mg和Ti 4个元素的嵌入原子模型参数.不同元素之间的相互作用势的参数由拟合实验或第一原理计算结果确定.用确定的嵌入原子模型分别计算了由Al,Li、Mg和Ti元素构成的二元系以及三元系中的有序合金化合物的形成焓,计算结果与已有的实验结果和第一原理计算结果符合得比较好.     

基于Miedema模型和Toop模型的Al-Si-Er合金热力学参数计算

运用Miedema混合焓模型计算了Al-Er、Si-Er和Al-Si二元合金的部分热力学性质,选择Er为非对称性组元,在此基础上结合Toop模型计算出Al-Si-Er三元合金的混合焓、过剩熵与过剩自由能。结果表明,Al-Si-Er三元合金的混合焓、过剩熵与过剩自由能在整个浓度范围内均为负值,在富Er和贫Er区域各热力学参数变化趋势较大。通过计算Al、Si和Er 3种组元的偏摩尔过剩自由能得到Al-Si-Er三元合金各组元的等活度值曲线。曲线显示各组元随着摩尔分数的减少其活度值都急剧减小,在三元系成分三角形的中心部分Al、Si和Er的活度值都很小,这表明Al、Si和Er 3种组元之间存在很强的相互作用,易形成三元金属间化合物,这一结论与Al-Si-Er三元相图的实际情况相符合。     

用正电子湮没技术研究Zr对Ni3Al缺陷态的影响

本文用正电子湮没技术（ＰＴＡ）研究了含不同Ｚｒ量多晶Ｎｉ３Ａｌ的ｅ＾＋寿命谱，结果表明：在Ｎｉ３Ａｌ中加入Ｚｒ，一部分Ｚｒ原子进行原子替位，晶格发生畸变，导致基体中正电子寿命（τ１）增长；另一部分在晶界偏聚的Ｚｒ调整了晶界结构，使平均寿命（τ）下降，当Ｚｒ量为１．２ａｔ－５时，缺陷态的寿命τ２显著增长，表明有自由体积较大的缺陷组态生成。     

激光熔覆制备Fe3Al覆层的研究

以纯Fe3Al粉为原料在钢基体表面激光熔覆制备Fe3Al金属间化合物。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射实验方法等对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与物相结构的分析。实验结果获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂，但存在少量裂纹的合金层，合金层与基体间完全冶金结合；熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成，覆层组织为粗大等轴状晶团，等轴状晶团由大量极细小的条状Fe3Al晶粒构成，一些相邻的条状晶粒之间具有基本一致的晶体学取向。熔覆合金层显微硬度约为500HV。     

Al含量对Fe3Al金属间化合物耐磨性的影响

采用机械合金化和热压烧结法制备了不同Al含量的Fe3Al金属间化合物块体材料,室温下在M-2000磨损试验机上进行了不同载荷和距离的干摩擦磨损试验,利用SEM观察试样磨损后的表面形貌,对其耐磨性能和磨损机理进行了研究.结果表明,Al含量对热压烧结Fe3Al的耐磨性能有显著影响.除Fe-30Al外,Al含量越高,耐磨性越好,其中Fe-32Al的磨损量大幅度下降,而Fe-30Al出现反常.不同Al含量的Fe3Al块体材料的耐磨性与其力学性能密切相关.不同载荷下Fe3Al块体材料的磨损机制有着明显差异:低载荷下磨损表面发生塑性变形,磨损形式是以磨粒磨损为主的微切削和微犁沟;而在高载荷下,应力集中产生裂纹并迅速扩展,最终导致疲劳断裂,以片层状剥落为主要特征.     

铝合金细化相Al3(Zr,Sc)的能量和弹性性质的第一性原理研究

微合金化是强化铝合金的重要手段,Sc作为铝合金有效的细化剂而引起广泛关注。实验研究表明,在铝基体中同时添加Zr和Sc,在铝基质中形成Al3(Zr,Sc)细化相,可以实现更好的晶粒细化。本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了不同Sc/Zr配比下形成的Al3(Zr,Sc)细化相的能量和弹性性质。结果表明,当Sc/Zr不高于1/3时,Al3(Zr,Sc)相具有较大的形成焓绝对值,细化相将优先于Al3(Zr,Sc)相析出。同时,Sc元素的加入有利于界面的形成,提高界面的结合强度和润湿效果,但高于1/3的Sc/Zr比对界面性能的提高并无积极作用。并且,Zr的加入可以有效提高细化相的弹性性能,并削弱Al3Sc的弹性各向异性特征。此理论研究指出,微合金化Zr和Sc的共同添加时Sc/Zr不高于1/3时,可以保证细化效果并大大降低合金的成本。     

Point defect concentrations of L1_2-Al_3X(Sc,Zr,Er)

The point defect concentrations of Ll_2-Al_3 X(Sc,Zr,Er) were systematically investigated using the firstprinciple calculations with thermodynamics approach.The results show that the constitutional point defects of offstoichiometric Ll_2-Al_3 X(Sc,Zr,Er) prefer to occur in X sublattice,that is X anti-site in X-rich alloy and X vacancy in Al-rich alloy,respectively.And A1 anti-site also has a high density in Al-rich Ll_2-Al_3 X(Sc,Er).It is found that the point defect concentrations of stoichiometric Ll_2-Al_3 X(Sc,Zr) follow in the sequence as: A1 vacancies(V_(A1)) X vacancies(V_X) X anti-sites(X_(Al)) A1 antisites(Al_X).The point defect concentration of stoichiometric Al_3 Er is similar to that of L12-A13 X(Sc,Zr).The result suggests that the A1 vacancy(V_(A1)) is a dominant point defect in L12-A13 X(Sc,Zr,Er).A simple parameter Hv_x-Hv_(Al) can be used for a rough estimation of the point defect concentrations in Ll_2-Al_3 X structure.Some rules of point defect concentrations for L1_2-Al_3 X(Sc,Zr,Er) are also revealed.     

粘附性点状缺陷形成机理分析

针对钢板在轧制过程中较易出现麻点缺陷的问题,分析了中厚板表面粘附性点状缺陷的结构及其形成机理。结果表明,粘附性点状缺陷由多层氧化皮叠加形成,氧化皮中含有Fe、O、Cr和Si元素,Cr元素来自于轧辊表层脱落,因此,控制轧辊辊面质量是消除粘附性点状缺陷的有效方法。     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金铸态Al3(Sc，Zr)相形貌的研究

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc细化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织的机制和一次Al3(Sc,Zr)粒子的形貌特征。结果表明:从熔体中析出的Al3(Sc,Zr)一次粒子是α(Al)固溶体的有效形核剂,该粒子以亚稳的L12型Al3Zr为核心,形成富钪与富锆Al3(Sc,Zr)层相间排列的多层复合结构。在Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金中添加0.20%～0.60%(质量分数)的钪,合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,随着钪含量的增加,合金铸态组织得到进一步细化。     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金铸态Al3(Sc，Zr)相形貌的研究

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc细化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织的机制和一次Al3(Sc, Zr)粒子的形貌特征。结果表明：从熔体中析出的Al3(Sc, Zr)一次粒子是α(Al)固溶体的有效形核剂,该粒子以亚稳的L12型Al3Zr为核心,形成富钪与富锆Al3(Sc, Zr)层相间排列的多层复合结构。在Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金中添加0.20%~0.60%（质量分数）的钪,合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,随着钪含量的增加,合金铸态组织得到进一步细化。     

Effect of Zr on the Oxidation Properties of Fe3Al Intermetallic Compound

This review is concerned with the effect of the addition of zirconium as a third element on the heat-resisting properties of Fe3Al intermetallic compounds and explains their high-temperature oxidation mechanism. The Fe3Al and Fe3Al-0.05Zr specimens were isothermally oxidized in the temperature range of 1173～1473 K in synthetic air for 100 h. The formation of the alumina layer approximately obeyed the parabolic rate law, with the exception of short initial stage. The parabolic rate constant values for the Zr-doped Fe3Al decreased at all tested temperatures. Fe3Al revealed massive spallation, whereas Fe3Al-Zr produced a fiat, adherent oxide layer. The microstructure investigations of the alumina scales grown thermally on the Fe3Al-Zr alloy by means of SEM-EDS showed that they were 1.5～2 μm thick and consisted of a small inner columnar layer and an equiaxed outer grain layer. Additionally, very fine (50～150 um) oxide particles rich in Zr were found across the alumina scales. The addition of Zr significantly affected the oxidation behavior of Fe3Al by improving the adherence of the α-Al2O3 scale. TEM-SAD investigations of the alumina scales on samples prepared using the FIB (Focused Ion Beam) method confirmed the presence of small tetragonal zirconia grains near the scale/gas and alloy/scale interfaces, most of which were formed along alumina grain boundaries(gbs). Zr gb-segregation was found using HRTEM. The role of preferential formation of zirconium oxide along the alumina scale grain boundaries and the effect of Zr gb-segregation on oxidation and scale growth mechanisms were analyzed by means of two-stage oxidation experiments using 16O2/18O2. The SIMS oxygen isotope profiles for the Fe3Al-Zr alloy oxidized at 1373 K, after two-stage oxidation experiments, revealed that oxygen anion diffusion is predominant compared to that of aluminum cation diffusion.     

Al3Zr和Al3Nb作为铝合金晶粒细化剂的晶体学研究

利用edge-to-edgematching模型从晶体学角度研究Al3zr和Al3Nb两种金属间化合物作为铝合金晶粒细化剂的有效性。结果表明,Al3zr和Al3Nb两种金属间化合物和铝之间的原子间距错配和面间距错配值都很小。此外,模型预测Al3zr和Al3Nb两种金属间化合物与铝之间存在良好的晶粒取向关系。根据模型理论可以从晶体学角度证明这两种金属间化合物对铝合金是有效的晶粒异质形核细化剂。本晶体学研究为包晶铝合金Al-Zr和Al-Nb中出现的明显晶粒细化现象提供了合理解释,同时为理解晶粒细化机理提供了新方法。