室温下Fe_(79)Ni_(19)Mn_2合金的压致bcc→hcp相变

采用Mao-Bell型金刚石对顶砧及高压在位粉末X光衍射照相方法,研究了Fe_(79)Ni_(19)Mn_2合金在室温下,0～41.0 GPa压力范围内的压致结构相变和等温压缩行为。实验结果表明,该合金在低压时为bcc结构,在10.6 GPa压力附近出现压致bcc→hcp结构相变。二相共存压力区约12GPa。卸压到常压时,又恢复到bcc结构。用Murnaghan等温固体状态方程对合金的压缩数据进行最小二乘法拟合,得到了bcc相和hcp相的状态方程参量。对hcp相的晶格参数比小于1.633及存在宽范围的二相共存压力区进行了讨论。     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

Mg1-xScx合金理想强度的第一性原理计算

采用第一性原理计算方法研究了Mg_1-xSc_x（0.10c合金bcc[001]和hcp[0001]理想强度随Sc组分的增加显著增加;合金bcc[001]理想强度在Sc组分从15at.%增加至25at.%时增加了25%,而hcp[0001]理想拉伸强度增加8.6%,说明Sc合金化对Mg的bcc相稳定化效果显著。MgSc合金hcp[0001]的理想强度约为bcc[001]的10倍,对应hcp[0001]理想强度的应变约为bcc[001]的3倍,说明hcp相结构稳定性显著强于bcc相。Mg和Sc基态均为hcp结构,Sc合金化对hcp合金理想强度的影响略小。     

单晶金属锆结构相变和熔化的分子动力学研究

应用分子动力学模拟了不同结构的单晶锆样品。采用Finnis-Sinclair作用势,通过分子动力学模拟方法Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,对三种不同结构的单晶金属锆样品进行模拟计算,研究了锆在加温加压下的相变结构。研究结果显示,单晶金属锆在加压到0.2GPa时会由hcp结构(α相)转变成特殊六角结构(ω相);对hcp结构单晶金属锆逐步加温发现,当温度升至1 161K时会由hcp结构(α相)转变成bcc结构(β相),再继续加温到1 569K时,bcc结构的单晶金属锆样品开始熔化,得到的热力学熔点为1 569K与实验值基本吻合。     

计算典型结构金属元素空位形成能的新方法

在Tiwari和Patil计算空位形成能的模型基础上,对金属表面能的计算方法进行了改进,计算了面心立方(fcc)、体心立方(bcc)、密排六方(hcp)典型金属的空位形成能,并引入能量修正因子,可使理论计算结果与实验值基本一致,对fcc, bcc, hcp结构金属的能量修正因子分别取1.292,1.265和1.357,可以比较精确地计算fcc, bcc, hcp金属的空位形成能.     

金属中氦缺陷的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了面心立方fcc、体心立方bcc和六方密堆hcp结构金属中氦缺陷,计算分析了三种晶体结构金属中四面体间隙位置、八面体间隙位置和替代位置氦原子的形成能．并比较了fcc、bcc和hcp结构中不同位置氦点缺陷的稳定性．     

金属Cr的电子结构和物理性质

依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)Cr的电子结构为[Ar](3dc)3.32(3dn)2.26(4sc)0.25-(4sf)0.17,并对Cr的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体和初态液体的电子结构进行了研究.在此基础上,定性地解释了Cr的电子结构和晶体结构之间的关系:bcc→hcp→fcc结构的转变过程中,dc电子逐渐减少(3.32→3.24→3.14),sc电子逐渐增加(0.25→0.28→0.32),电子云分布的对称性逐渐增强而方向性逐渐减弱,故形成晶体时配位数逐渐增加的现象;并通过计算得到了bcc Cr的势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化曲线.     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

机械合金化Fe70Cu30体系的结构研究

利用XAFS方法对机械合金化Fe70Cu30样品中Fe、Cu原子的局域环境结构随球磨时间的变化情况进行了研究.结果表明,由于Fe和Cu原子分别向fcc的Cu相和bcc的Fe相的扩散,Fe和Cu同时存在于fcc和bcc结构相中,但Fe和Cu原子的局域环境结构随球磨时间的变化有很大差别.球磨2h后,样品中73%的Cu原子在fcc相,27%的Cu原子在bcc相;21%的Fe原子在fcc相,79%的Fe原子在bcc相.球磨5h后,fcc相的Cu原子减少到59%,fcc相的Fe原子则略有增加,为29%.球磨10h后,fcc相的Cu原子比例又增加到86%,fcc相的Fe原子也迅速增加到51%;说明大量的Cu原子扩散到bcc的Fe相后诱导其产生fcc结构相变.继续球磨到20h,样品中Cu原子和Fe原子在fcc和bcc相的比例基本保持不变.这些结果说明,在球磨过程中Fe和Cu并未形成均一的固溶体,同时存在着fcc的Cu富集区、fcc的Fe富集区和bcc的Fe富集区.     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

金属元素镁高压属性的第一性原理研究

通过第一性原理计算方法，研究了金属元素镁在高压下的电子属性。电子性质的计算指出，镁的三个高压结构体心立方（bcc）、面心立方（fcc）和简单六角（sh）都是金属相结构，但其金属性比常压结构六角密堆（hcp）弱；通过与镁常压电子结构比较可知，d带贡献的增加以及p-d杂化的增强可能是高压下镁金属性降低的一个原因。镁高压fcc和sh结构的电子局域函数（ELF）通过与常压hcp结构以及高压fcc、sh结构的ELF比较，发现镁的这两个高压结构的价电子被高度排挤到晶格间隙区域，这一特殊现象与其他碱金属和碱土金属元素锂、钠、钾以及钙相似。     

ZrN的力学和热力学性质的第一性原理

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,研究了fcc-ZrN的平衡态性质、不同压力下的弹性性质及热力学性质.通过对焓压关系、弹性性质的分析,推测fcc结构到bcc结构ZrN的相变发生在208~220GPa之间.进一步分析了fcc-ZrN在不同压力下力学的各向异性,得到了压力对ZrN力学性质的影响关系.计算分析了fcc-ZrN的热力学性质.研究结果表明:力学各向同性随压力增大明显减弱;一定温度下,热容随压力增加而减小;德拜温度随着压力增加而增大;低压区温度影响较大,高压区压力影响较大.     

Solid solution or amorphous phase formation in TiZr-based ternary to quinternary multi-principal-element films

TiZr-based multicomponent metallic films composed of 3–5 constituents with almost equal atomic concentrations were prepared by cosputtering of pure metallic targets in an Ar atmosphere.X-ray diffraction was employed to determine phase composition,crystalline structure,lattice parameters,texture and crystallite size of the deposited films.The deposited films exhibited only solid solution(fcc,bcc or hcp) or amorphous phases,no intermetallic components being detected.It was found that the hcp structure was stabilized by the presence of Hf or Y,bcc by Nb or Al and fcc by Cu.For the investigated films,the atomic size difference,mixing enthalpy,mixing entropy,Gibbs free energy of mixing and the electronegativity difference for solid solution and amorphous phases were calculated based on Miedema’s approach of the regular solution model.It was shown that the atomic size difference and the ratio between the Gibbs free energies of mixing of the solid solution and amorphous phases were the most significant parameters controlling the film crystallinity.     

STUDY OF THE EQUILIBRIUM HCP CRYSTAL SHAPE BY THE ISING MODEL

The Ising model is used to investigate (0001), (10 10), (10 1l) interfaces, etc. , for the hcp lattice. The system studied here have the nearest-neighbor (NN) and next-nearest-neighbor(NNN)pair interactions. The interface energy, interface phase transition at zero temperature and roughening temperature are used to analyse the properties of these interfaces. As a special case of the hcp crystals, we give the equilibrium shape of the~4 He crystal at T=OK.     

机械球磨和高压对Co相变的影响

通过高能球磨和高压技术对Co的相变过程及其机制进行研究, 结果表明, 具有六角密积结构的α-Co经60 h高能球磨后完全转变为具有面心立方结构的β-Co, 但继续球磨直到120 h, 未观察到β-Co向α-Co的逆转变. 由于球磨碰撞引起的缺陷层错和局域温度导致α-Co到 β-Co的转变. 研究发现, 高压下β-Co向α-Co相转变, 由于β-Co向α-Co的相转变为无扩散相变, 因此, 压力可使其形核热力学势垒降低, 即压力对β-Co向α-Co的相转变具有促进作用. 