影响Nb替位掺杂γ-TiAl基合金延性的电子性质因素

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了影响Nb替位Ti(或Al)掺杂,且浓度为1.85%,2.78%,4.17%,6.25%(原子分数,下同)的γ-Ti Al合金延性的电子性质因素。结果显示,Nb替位掺杂具有较好的能量稳定性,且不同掺杂浓度引起的晶格参量的改变不同。当Nb替代Al原子且掺杂浓度为1.85%~4.17%时,合金的轴比将会减小更接近于1,此时合金的延性改善效果明显,就所研究的晶胞模型而言,Ti_(12)Al_(11)Nb合金的延性最佳。故以掺杂浓度为4.17%的Ti_(12)Al_(11)Nb和Ti_(11)Nb Al_(12)合金为例,研究掺杂Nb改善γ-Ti Al基合金延性的电子结构因素。研究结果表明:在该掺杂浓度情况下,Nb替代Al原子使Ti 4s→3d,Al 3s→3p的电荷转移明显减少,Al p-Ti d轨道杂化作用减弱,形成金属键的自由电子数量增多,金属性增强,合金延性得到改善;Nb替代Al原子掺杂会使合金的共价性减弱,且化学键Al-Al,Ti-Ti和Al-Ti强度明显趋同,这将会显著提高γ-Ti Al基合金的各向同性程度,从而使该类合金的延性得以改善。