4d过渡金属在L10-TiAl中占位的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法研究了TiAl-X(X为4d过渡金属)超胞合金体系的几何、能量与电子结构。通过对Ti7Al8X与Ti8Al7X超胞的合金形成能的计算、比较与分析发现:合金化元素的外层电子数,特别是外层的d电子数对其在L10-TiAl合金中的占位有非常明显的影响,d电子数较少的前过渡金属Y,Zr,Nb和Mo主要优先占据Ti原子位,而d电子数较多甚至是满d壳层的Rh,Pd,Ag和Cd则主要优先占据Al原子位。而介于这两种情况中间的Tc和Ru合金化元素,表现出微弱的趋势,分别偏重占据Ti原子位和Al原子位。通过合金化元素价电子态密度图的变化,较好地解释了4d过渡金属在L10-TiAl合金中的占位规律。     

金属间化合物在氢气中的脆化

实验表明,不同类型金属间化合物在氢气中的氢脆敏感性呈如下次序:Co3Ti＞Ni3Al＞Fe3Al＞TiAl.上述次序可能与组成金属间化合物的过渡元素对H2的催化裂解成原子氢的能力有关.证明有序及无序态Ni3Fe不存在空气中由水汽诱发的环境氢脆,在H2气氛中无序态也不存在脆性,但有序态Ni3Fe则存在严重的环境氢脆.研究并讨论了(Co,Fe)3V合金在有序及无序状态下在H2中的脆化本质.     

合金化元素在B2-NiTi中占位的第一原理计算

基于密度泛函理论,采用第一原理赝势平面波方法-CASTEP程序,计算了NiTi-M(M=Pd、Au、Hf、Pt、Zr)合金体系的几何与电子结构.通过合金形成热的计算分析发现:Pt优先占据B2-NiTi晶体中Ni原子位,Pd、Au、Hf和Zr则优先占据Ti原子位.通过对这些元素合金化后形成的Ni7Ti8M和Ni8Ti7M晶体结构的电子态密度的分析,说明了Pd、Au、Hf、Pt、Zr在B2-NiTi中的占位优先趋势.     

过渡金属掺杂MgH_2的结构和磁性的第一性原理研究

为研究过渡金属掺杂对氢化物铁磁性的影响,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,以Mg H2为基本材料,以过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)元素替代2×1×2超晶胞中的Mg原子建立掺杂模型Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni),并计算模型自旋极化的磁性、能带结构和态密度等性质.结果表明:与Mg H2中的Mg—H键相比,过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)—H间的相互作用明显增强,造成Mg—H间强烈的离子键和部分共价键的相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱.掺杂体系中,V和Cr是受主杂质,而Mn、Co和Ni体系中,自旋极化率相对较低,且穿过费米能级的子带的斜率较低.研究表明过渡金属(V、Cr、Mn、Co和Ni)掺杂的Mg H2体系虽然可以导电,但电导率较小,具有比较稳定的半金属性.     

Ge_(12) TM团簇的几何结构和电子特性的研究

基于全电子的密度泛函理论对Ge_(12)TM(TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)团簇基态结构和电子性质进行了系统地研究,分析和讨论了基态结构的稳定性、电子特性及磁特性。研究结果表明:随着3d过渡金属原子序数的增加,过渡金属原子趋于占据Ge_(12)笼的中心位置;计算得到了Ge_(12)Mn团簇的新的稳态构型;Ge_(12)Ni相对于其他原子掺杂的团簇具有较强的结构稳定性;在磁性方面,Ti,Cr,Fe,Ni,Zn发生了自旋磁矩的淬灭,自旋磁矩变为零,Sc,V,Mn,Co,Cu原子仍具有磁性,其中Mn原子的磁性最强,约为2μB,这些原子相对应的团簇的自旋磁矩都相同皆为1μB。     

含V和Cu的TiAl基合金中缺陷和3d电子行为的正电子湮没研究

通过测量过渡金属元素（Ti,V,Cu）以及TiAl基合金（Ti5A150,Ti50A148V2,Ti5A148Cu2）的符合正电子湮没辐射多普勒展宽谱和寿命谱,获得了这些金属及合金中3d电子和缺陷的信息．结果表明,过渡金属元素Ti,V,Cu原子中3d轨道的电子数目越多,正电子湮没辐射Doppler展宽谱的3d信号越强．二元TiAl合金的电子密度和3d电子的信号较低,晶界缺陷的开空间较大．在TiAl合金中加入V或Cu,合金中的3d电子信号增强,基体和晶界处的电子密度均增加．Ti,A148cu2合金的多普勒展宽谱的3d电子信号高于Ti50Al48V2合金．     

MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)对Sn11团簇的4种同分异构体(对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d)的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10(M=Sc,Ti,V,Ni)团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

MSn_（10）（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation,GGA）对Sn11团簇的4种同分异构体（对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d）的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10（M=Sc,Ti,V,Ni）团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

替代元素对ZrMn2合金及其氢化物电子结构的影晌

采用基于密度泛函的赝势平面波方法,计算Zr4Mn6M2(M=Al,Co,Fe,Mn,V)及其氢化物的电子结构,并分析了成键特性。结果表明,Zr4Mn6M2(M=Al,Co,Fe,Mn,V)中晶胞参数值(a、c值),及其相应氢化物的稳定性都随替代元素M的3d轨道电荷占据数的增加而减小。加Co后Zr4Mn6Co2H12中H分别与Co,Mn的相互作用增强,成键更加稳定,可延长合金的循环寿命,并使平台氢压更趋平坦。加V可使合金氢化物中Mn(2)-H间相互作用减弱,因而加V可以减小吸放氢滞后效应,并有效降低平台氢压。     

Mn对L_(10)-TiAl金属间化合物延性的改善作用

本研究测定了64wt-％ Ti+(36-X)wt-％ Al+Xwt-％Mn(X=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金系列的抗弯性能,实验结果表明:适量的Mn可以显著地改善TiAl金属间化合的的延性。本文从合金组织、晶体结构及位错组态的变化出发,探讨了Mn的作用机制,得出了如下结论:a.Mn的加入使TiAl合金的晶粒显著细化,减少位错在晶内的塞积长度,从而较难造成裂纹形核所需的应力集中,同时裂纹在位向不同的晶粒内传播也更困难,使合金在断裂前可承受较大的变形。b.TiAl合金的晶格常数轴比(c/a)随Mn含量的增加而趋近于1,提高了晶体的对称性和变形协调性。c.Mn具有稳定TiAl合金中孪晶组织的作用,使TiAl合金的孪生变形较为容易,从而,当正常位错发生缠结、不能对塑性变形进一步作出贡献时,孪生变形将起着主要作用。d.与TiAl二元合金相比,变形后的TiAl+Mn三元合金中,层错明显增多,这表明超位错的运动对TiAl+Mn合金的塑性变形也起着重要的作用。