立方结构的纯金属及二元合金杨氏模量的计算

以立方结构的纯金属为研究对象,在文献报道的实验信息的基础上,运用改进的半经验模型优化并计算了金属在不同温度时的杨氏模量.借鉴相图计算的CALPHAD(calculation of phase diagrams)方法,构建了二元合金杨氏模量计算的新模型.基于二元合金的实验信息,对Ag-Au、Ta-W、Pt-Rh和Pt-Ir 4个二元合金的杨氏模量计算参数进行了优化,计算了合金在不同温度、成分时的杨氏模量,计算结果与实验信息取得了良好的一致性.     

δ′相(Al3Li) 早期沉淀过程的计算机模拟

通过计算二元铝锂合金中锂原子的占位几率,得出δ′相(Al3Li) 早期沉淀的长程序参数和成分偏离序参数,并对原子有序化和成分相分离过程进行了研究.结果表明:当合金在相图上处在失稳区时,有序化过程首先完成,而后进行成分相分离,即先发生等成分有序化,后进行失稳分解;在失稳区同一温度下,随浓度减小,有序化和成分相分离的孕育期变长.当合金位置处于亚稳区时,合金有序化与成分相分离耦合两过程同时进行.研究还发现:随合金在相图上的位置由失稳区向亚稳区过渡,有序化速度变慢.     

Be成分对BexZn1-xO合金晶体结构、弹性和电子性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,深入研究了Be成分对BexZn1 -xO合金(x=0.0,0.125,0.25,0.5,0.75,0.875,1.0)的晶体结构、弹性常数、弹性模量、各向异性以及泊松比的影响.计算得到的结构参数和弹性性质与现有的理论和实验结果一致.研究发现随着Be成分的增加,体弹模量、剪切模量和杨氏模量逐渐增大,而各向异性以及泊松比则缓慢减小.与BeO相比,ZnO展现了较低的各向异性,而且BexZn1-xO合金的各向异性度随着Be成分的增加而增加.在0≤x≤1的范围内,BexZn1-xO合金具有直接带隙特征,且带隙的弯曲参数b缓慢增加.     

Mg-Cu-La三元非晶合金形成范围的热力学预测

基于分析有利于合金非晶化的热力学因素,从非晶形成的热力学观点出发,综合应用Miedema理论和Toop模型,并考虑纯金属在不同温度下的自由能,在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法:通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围.用该方法计算Mg-Cu-La三元合金系的非晶形成范围,并与已有的实验数据进行比较,发现二者符合得较好.该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义.     

Cu-Zr-Al三元非晶合金形成范围的热力学预测

用基于热力学观点的定量预测三元合金形成非晶成分范围的方法,对Cu-Zr-Al三元合金系形成非晶的成分范围进行了计算.该方法通过比较晶态固溶体的自由能和相应的非晶态的自由能来确定成分范围,在自由能的计算中,三元系的热力学数据由相应的3个二元系的热力学数据根据Toop模型外推得到,二元合金系的形成焓则通过Miedema理论的计算得出.结果表明,理论预测的形成非晶的成分范围与已有的实验结果符合得比较好.     

钛基二元纳米合金形成焓的尺寸效应

基于计算合金形成焓的改进Miedema模型和考虑纳米颗粒表面效应,研究了钛基二元纳米合金形成焓的尺寸和成分效应.计算结果表明钛基二元合金纳米颗粒的形成焓依赖颗粒尺寸,显示了明显的尺寸效应.纳米颗粒的形成焓随粒径的减小而增大,当粒径减小到某一临界尺寸时,纳米合金的形成焓由负值转变为正值,从而降低了纳米颗粒的热稳定性.当颗粒粒径小于10 nm时,纳米颗粒发生成分聚集,这种成分聚集发生的趋势取决于纳米合金的表面形成焓.     

二元液态合金互扩散系数的预测模型

利用扩展的Miedema模型和Wilson方程,计算出二元液态合金的热力学因子,并结合硬球理论的自扩散系数方程提出了互扩散系数的计算方法.利用该方法计算了Sn-Bi,Sn-Zn,Sn-Al,Pb-Bi,Sn-Pb不同体系下的互扩散系数,并和文献实验值作了比较.结果表明,计算值和实验值具有较好的一致性.该方法的优点在于仅仅依靠合金元素本身的物理参数即可获得热力学因子和自扩散系数,进一步可以得到二元液态合金的互扩散系数.通过该方法,能够获得几乎所有的二元液态合金的互扩散系数.     

不锈钢熔体中氮溶解度的热力学计算模型

在实验研究和前人研究工作的基础上,建立了一个新的不锈钢熔体中氮溶解度与体系温度、氮分压和合金成分的热力学计算模型,在该模型中引入了氮分压对氮活度系数的作用系数.该模型的计算结果与实验值吻合很好.基于该模型的计算结果,讨论了氮分压、温度、合金成分对不锈钢熔体中氮溶解度的影响规律.在压力较高(大于0.1 MPa)特别是合金元素较高的不锈钢熔体中,氮分压与氮的溶解度关系不符合Sievert定律.在一定氮分压下,温度对不锈钢熔体中氮溶解度的影响取决于合金体系的化学成分.在常压(氮分压为0.1 MPa)下,20%Cr-20%Mn的合金体系在1 873 K可获得氮质量分数为0.8%的高氮无镍奥氏体不锈钢.     

MX(M=Fe、Ru、Co和Rh,X=Si和Ge)合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法计算得到了MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性.计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合.结果表明,MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成.计算得到了了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比.基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线.基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度.其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的硬度,较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质.     

Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数的优化与计算

利用DICTRA(diffusion controlled transformation)软件分别优化了Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数与温度的函数关系,计算结果和实验数据取得了良好的一致性.基于所优化的参数计算了扩散偶的浓度曲线,计算结果与实验结果比较可知,本研究所优化的扩散迁移率参数具有良好的准确性与有效性.该研究为Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系的动力学研究提供了基础数据.     

甲醇-水、水-丙酸和甲醇-丙酸体系汽液平衡的热力学性质

用新型泵式沸点仪测定了在101.325kPa下甲醇-水、水-丙酸、甲醇-丙酸3个二元系在不同液相组成时的沸点,并用间接法Tpx推算了甲醇-水、水-丙酸、甲醇-丙酸3个二元系的汽相平衡组成y.3个二元体系活度系数的关联分别用W ilson模型、NRTL模型、Margules模型和VanLaar模型进行关联,用最小二乘法求出了它们的液相活度系数模型参数.同时,用这些模型参数来计算它们的汽相组成y.所得的液相活度系数来计算3个二元体系的过量吉布斯自由焓函数GE/RT,并且研究的所有体系之间不存在共沸点.计算的沸点温度与实验的所测得的沸点温度吻合良好,由面积积分法检验这些模型参数计算的3个二元体系相平衡数据得到很好的热力学一致性.     

Mg-Ni-Ce合金非晶形成成分范围的理论研究

基于非晶形成的热力学观点，提出一种定量预测三元合金非晶形成成分范围的方法。该方法所需的三元合金的自由能是由组成三元合金的3个二元合金系统的自由能通过Toop模型外推计算得到，二元合金的形成焓则由Miedema理论计算。将该模型应用到三元合金Mg-Ni-Ce，其理论预言的非晶形成成分范围与已有的实验结果符合得较好。     

铸造铝硅合金液相线自适应神经-模糊建模

在合金熔炼和加工过程中,往往需要知道液相线温度,以便确定相关工艺参数.建立能从成分预测铝硅系工业铸造合金液相线温度的模型.收集工业合金实测数据,采用模糊推理方法,建立了合金液相线温度的自适应神经-模糊推理模型.它具有Takagi-Sugeno型网络结构,能直接从数据中提取推理规则,并可利用前馈神经网络的学习能力调整参数.与现有的其它统计回归模型相比,模糊推理模型能反映成分之间的交互作用,具有更高的预测精度.在铸造合金研究、热力学计算和凝固过程数值模拟时,所建立的模型可用于计算工业合金的液相线温度.     

Fe3Al合金表面偏析的Monte Carlo模拟研究

应用改进分析型EAM理论和Monte Carlo方法模拟研究了温度从700～1 400 K时Fe3Al合金（100）和（110）面的表面成分和剖面成分分布情况,发现在合金不同的表面方向,Al在表面偏析,Fe在次表面偏析,剖面成分呈振荡分布.在（100）方向,模拟发现Fe3Al合金高温时发生有序-无序转变.在（110）方向发现温度较高时计算的表面Al含量比实验测量值低,温度较低时计算结果与实验结果符合得很好.     

三元合金体系金属玻璃成分区域的初步预测

在用热学计算方法计算评估二元合金非晶形成能基础上,利用早期曾经提1/x参数预估了Zr-Cu-Al三元合金形成成分范围.步结果表明,当1/x〉1.28时Zr-Cu-Al三元合金成分范围大致与前期大量实验到Zr-Cu-Al三元大块金属成分相符.在此基础上,计算Nd-Al-Fe和Nd-Al-Co三元合金中1/x值,分别为1/x〉2.7和1/x〉2.9;与早期研究结果相比较,表明1/x可以有效确定Nd-Al-Fe和Nd-Al-Co三元金属大致形成范围.最终,认为1/x可以有效确定三元金属大致形成成分范围.     

固态二元合金超额热力学函数的计算方法

基于Miedema二元合金生成热模型,结合自由体积理论,充分考虑超额熵,针对实际固态二元合金熔体,提出全浓度范围内的超额热力学函数的计算方法,分别推导出对有序、无序固态二元合金的全摩尔超额函数、偏摩尔超额函数、组元活度计算式·分别计算了固态无序合金AgAu、有序合金CoPt在800K、1273K温度下的各种超额热力学函数值,计算结果与实验值吻合良好·     

Al-Mg-Zn三元合金表面张力的估算

运用Butler方程,结合CALPHAD优化后的过剩吉布斯自由能,计算了973 K温度下, Al-Mg, Mg-Zn, Al-Zn二元合金的表面张力.结果表明,在Al熔体中加入金属Mg和Zn,可降低该液态合金的表面张力.在此基础上,利用Chou模型计算了Al-Mg-Zn三元合金的表面张力.结果表明, Al-Mg-Zn三元合金表面张力计算值范围为0.575～0.864 N/m,且随着Mg含量的增加,表面张力减小.对比了二元及三元合金表面张力的计算值与实验值,误差在5%以内.     

Mg-Cu-La三元非晶合金形成范围的热力学预测

基于分析有利于合金非晶化的热力学因素，从非晶形成的热力学观点出发，综合应用Miedema理论和Toop模型，并考虑纯金属在不同温度下的自由能，在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法：通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围．用该方法计算Mg—Cu—La三元合金系的非晶形成范围，并与已有的实验数据进行比较，发现二者符合得较好．该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义．     

MX(M=Fe,Ru,Co和Rh, X= Si和Ge) 合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法分析MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性。计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合,结果表明MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成。计算得到了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比。基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线。基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度。其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。     

Nb-Cr-Mo三元系相图的实验测定与热力学计算

采用电子探针显微分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)技术,对Nb-Cr-Mo三元系在1 000和1 200℃时全成分的等温截面相图进行了实验测定,并结合实验数据和已报道的相平衡实验信息,基于CALPHAD(calculation of phase diagrams)方法,对Nb-Cr-Mo三元系相图进行了热力学优化与计算,获得了自洽性良好的热力学参数,计算结果与实验数据取得了良好的一致性.