Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法优化Mg-Er合金体系中MgEr、Mg2Er和Mg24Er5这3种金属间化合物的结构模型,通过形成热、结合能和电子结构的计算分析了化合物的稳定性与其晶体结构的内在联系。结果表明:3种Mg-Er金属间化合物的形成热和结合能均为负值,化合物的形成能力和稳定性均随着化合物中Er含量的降低而降低。在费米能级低能级区域,Mg的3s、2p轨道与Er的4f、5d轨道发生重叠,产生了轨道杂化;在费米能级高能级区域,Mg的2p轨道与Er的5d轨道也存在少量的杂化。随着化合物中Er含量的降低,化合物中平均每个原子在费米能级低能级处的成键电子数减少,化合物的稳定性降低。在Mg、Er原子周围均有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Er之间的电子云只有部分重叠,交界处电荷的畸变不大。Mg-Er金属间化合物的价键结合具有金属键和共价键两重性,其中金属键占主导地位。Mg、Er原子的电荷转移量随化合物中Er含量降低而减少,化合物的共价键性降低,稳定性下降。     

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。     

Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物的电子结构和力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物Mg2Si,Mg2Ca,Al2Ca以及Si2Ca四相的形成焓,结合能,弹性常数及态密度。形成焓和结合能的计算结果表明:Al2Ca的合金化能力最强,Si2Ca相的结构最稳定;体模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(ν)的计算结果表明:四相均为脆性相,且Mg2Si相的塑性最差,结合弹性模量和态密度分析,得出Mg2Ca的塑性最好;态密度和Mulliken布居分析表明:四相中均存在离子键和共价键,共价键由强到弱顺序为Si2Ca,Al2Ca,Mg2Si,Mg2Ca;而离子键强弱顺序按Mg2Si,Al2Ca,Si2Ca,Mg2Ca依次递减;而Si2Ca最稳定的原因是其共价键比其他三相更强。     

Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算EI北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti-Ni合金系中TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的平衡晶格常数、生成焓、内聚能、力学性质、德拜温度和电子结构。计算结果表明:TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物均具有热力学稳定性且容易合金化生成,合金形成能力由强到弱的排序为TiNi_3、TiNi、Ti_2Ni;3种金属间化合物的晶体结构在能量上和力学上都是稳定的,结构稳定性由大到小排序依次为Ti_2Ni、TiNi、TiNi_3;TiNi和Ti_2Ni为延性相(延展性Ti_2Ni大于TiNi的),TiNi_3的延展性较差;3d电子是TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的最主要的成键电子,在这3种金属间化合物中,随着Ni相对含量的增加,平均成键电子数增多,共价键的比例增加,化学键的强度增强,金属性减弱,从而使得其弹性模量、硬度和德拜温度均逐渐升高。     

TMAl(TM=Ir、Ru和Os)金属间化合物高压下力学性能的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了TMAl (TM=Ir、Ru和Os)三种金属间化合物在高压下晶格常数、弹性常数和弹性模量的变化规律。结果表明,三种金属间化合物的晶格常数和晶胞体积随着压力的增加而减小。通过对TMAl金属间化合物弹性性质的分析,发现它们的弹性系数和弹性模量随着压力的增加几乎呈线性增大。这主要是由于在压力的作用下,体相中TM原子和Al原子的相互作用增强,TM-Al金属键的键长变短所导致的。此外,三种金属间化合物在常压下表现为塑性行为,并随着压力增加而进一步增强。IrAl的普适弹性各向异性接近于零,表明其具有较好地抵抗微裂纹产生的能力。     

机械合金化制备Ti-Al-Si金属间化合物

采用钢球为研磨介质,以单质Al,Ti和Si为原料,对Ti30-Al60-Si10,Ti50-Al40-Si10,Ti60-Al20-Si20,Ti70-Al30-Si10等在无保护气氛和非真空条件下进行球磨,获得了非晶态金属间化合物.XRD分析表明,在球磨约30 h就形成了Al3Ti,AlTi3,AlTi2等金属间化合物;球磨至78 h时,得到了无单质存在的Ti-Al基或Ti-Si基金属间化合物的非晶体.     

机械合金化制备Ti-Al-Si金属间化合物

采用钢球为研磨介质,以单质Al,Ti和Si为原料,对Ti30-Al60-Si10,Ti50-Al40-Si10,Ti60-Al20-Si20,Ti70-Al30-Si10等在无保护气氛和非真空条件下进行球磨,获得了非晶态金属间化合物.XRD分析表明,在球磨约30 h就形成了Al3Ti,AlTi3,AlTi2等金属间化合物;球磨至78 h时,得到了无单质存在的Ti-Al基或Ti-Si基金属间化合物的非晶体.     

金属间化合物Fe_3Al合金抗渗碳性研究

采用称重法和金相法，研究了三种成分不同的Ｆｅ３Ａｌ合金在不同表面状态下的抗渗碳性，并与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢对比，结果表明，Ｆｅ３Ａｌ合金具有很强的抗渗碳性．初步探讨了其抗渗碳机理。为Ｆｅ３Ａｌ合金在渗碳气氛中的应用提供了一定的实验与理论依据。     

用热塑性挤压合金化法制备钛铝系金属间化合物

本文以工业纯铝为基材、Ti粉为合金化添加粉末,试验用热塑性挤压合金化的方法制得钛铝金属间化合物.对热塑性挤压合金化制备Ti-Al金属间化合物进行了工艺研究,利用X射线衍射仪及Topas(2)X射线分析软件进行物相及晶粒尺寸分析,用金相显微镜对试样进行宏观及微观形貌分析,用显微硬度计对试样进行显微硬度测试.结果表明用热塑性挤压合金化方法可制得Ti-Al系金属间化合物;生成的金属间化合物相为Al3Ti,均匀分布于基体纯铝上,其质量百分比达44.5%;热塑性挤压合金化后挤压区硬度显著高于基材纯铝,最高达10倍;在整个挤压区,硬度分布比较均匀.     

金属间化合物Fe3AI合金抗渗碳性研究

采用称重法和金相法，研究了三种成分不同的Ｆｅ３ＡＩ合金在不同表面状态下的抗渗碳性，并与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢对比，结果表明，ＦｅＡＩ合金具有很强的抗渗碳性。初步探讨了其抗渗碳机理。为Ｆｅ３ＡＩ合金在渗碳气氛中的应用提供了一定的实验与理论依据。     

铝/钢搅拌摩擦焊金属间化合物调控研究进展

铝/钢异种金属的可靠连接是汽车行业实现轻质节能设计的重要途径. 铝和钢的热物理性能和化学性能差异大,采用固相焊方法连接较为适宜. 搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)具有热输入低、高温停留时间短和焊接变形小等特点,在连接铝/钢异种金属上具有较大的优势和潜力. 铝/钢异种金属FSW高质量的核心技术之一为界面金属间化合物的调控. 基于铝/钢FSW固相连接机制,文中从焊接参数(焊接速度、焊具转速、偏移量、倾斜角和下压量)、焊具结构(搅拌针形貌、螺纹及锥角)和中间层(铝和锌等)设计等方面对界面金属间化合物调控的研究现状进行了综述,并围绕接头承载能力的提升总结了铝/钢FSW新技术(匙孔填充、自铆接及外源辅助FSW),并进一步展望了铝/钢FSW的发展趋势.     

钢/铝异种金属激光焊接Fe/Al界面微合金化的第一性原理研究

实现Fe/Al界面结合是保证钢/铝异种金属激光焊接质量的关键。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过构造Fe/Al界面模型,计算了体系的能量与电子结构,讨论了Co、V、Zn、Sn等元素微合金化在Fe/Al界面处的作用。结果表明:Co、V优先置换界面处的Fe原子,而Zn、Sn优先置换的却是Al原子,Fe/Al界面结合主要是Fe-sd与Al-sp轨道之间杂化以及Fe-Al发生的离子键作用。微合金化使Fe/Al界面的断裂功增加,其增强由大到小的顺序为:Co、V、Zn、Sn。电子态密度、电子占据数以及电子密度的计算结果表明:利于Fe/Al界面结合的主要原因是微合金化导致跨界面Fe-Al之间的成键作用增强。对Co而言,主要是Fe-sd、Al-sp、Co-sd之间存在较强共价键和离子键的复合作用;对V而言,主要是V-dp、Fe-d和Al-p之间的轨道杂化作用;而对Zn和Sn而言,则主要是Fe-Al之间发生的离子键作用。     

机械合金化制备金属间化合物MoSi2

以Si粉和Mo粉为原料采用机械合金化的方法制备了金属间化合物MoSi2。研究了球磨过程中球磨时间、球料比、转速及不同球磨机类型对机械合金化产物的影响。利用SEM观察粉末表面形貌及颗粒大小，利用XRD测定物相结构。研究结果表明，当球磨机提供的能量达到相变所需的能量时，粉末中有MoSi2相生成。通过XRD分析可以看出，随着球磨时间的延长，合金化程度逐渐提高：球磨转速的提高有助于生成MoSi2：较高的球料比可以使生成MoSi2的时间提前。在机械球磨过程中，粉末的颗粒尺寸经历了一个由较粗且不规则、不均匀粉末向细小、均匀、接近球形粉末，然后团聚增大的转化过程。此外，还研究了助磨剂对合金化产物的影响，结果表明助磨剂的加入并不能促进MoSi2的生成，但可以对颗粒的细化起到一定作用。     

金属间化合物对高温合金强化机理的研究

研究了金属间化合物对高温合金材料的强化作用,在CrWMoV合金中添加Al和Ni可以形成Ni-Al,Fe-Al和W－Al系等金属间化合物,在合金中起到弥散强化作用和抗氧化作用,能提高合金的高温强度和冲击韧性,实验发现以2％Al的添加为最佳。     

Be-Al合金中Ag和Ni合金化效应的第一性原理研究

利用第一性原理研究了合金元素Ag和Ni在Be-Al合金中的优先占位方式及其合金化效应.结果表明:Ag和Ni的加入均有助于Be-Al合金稳定性的提高,Ag优先取代Al位,而Ni优先取代Be位;Ag与第一近邻的Be原子形成了反键,使得Be-Al合金体系共价键减少,金属键增加,提高了合金的塑性;Ag掺杂有利于跨界面Be-Al成键,加强了Be-Al界面的结合;Ni加入后与第一近邻原子间的共价键作用减弱,有助于改善合金的脆性,但对Be-Al界面结合强度没有影响.