Ni3A1中择优替位的第一原理势研究

从第一原理结合能曲线反演得到同种及异种原子间相互作用势，并以此对Ｎｉ３Ａ１中合金元素的择优替位行为进行了系统地研究。考虑长程作用，并利用对多个弛豫样本求平均的方法，对不同含量合金下的择优替位行为进行了定量计算，以不同组态下结合能的相对大小作为合金元素选择性替位的判据，计算结果与实验符合良好，对实验上尚不存在的一事金元素的替位行为及表面、界面上部分元素的择优替位行为给出了理论预言。     

原子间相互作用对势计算合金奥氏体结合能

利用量子化学从头计算方法和半经验原子间相互作用对势,并参考“固体与分子经验电子理论”中的合金奥氏体的晶胞模型,计算出Fe-C-Mex奥氏体晶胞的结合能信息.由计算分析可知:(1)各种合金元素原子与C原子之间的结合能高于或低于Fe-C之间的结合能.由于这种差别,不同合金元素原子在固态相变中的特征行为也不同.(2)合金奥氏体中所有合金元素原子与C原子的结合能几乎都高于奥氏体中的Fe-Fe、C-C、Mex(Mey)-Mex(Mey)、Mex(Mey)-Mey(Mex)、Fe-Mex(Mey)原子之间的结合能.(3)相对γ-Fe基体而言,含有碳原子和合金元素原子的晶胞均具有较大的结合能,起固溶强化作用,而且结合能越大,对相变的阻力也越大.这种阻力和相变驱动力交互作用能改变相变产物的结构、形态和性能.     

YCo5-xMx(M=Fe,Ti)中合金元素择优占位

利用多元晶体中原子择优占位MBW模型和原子间相互作用势,从原子层次对合金元素Fe,Ti在CaCu5结构的Y-Co合金中的择优占位进行了计算研究.计算结果表明,Fe和Ti择优占据3g位置,与实验结果符合.     

二元合金体弹性模量的理论计算

利用第一原理(first-principles)计算二元合金Fe-Ni、Ni-V及Fe-Cr、Fe-V在不同晶格常数a下的结合能E.并利用这一结果使用最小二乘法拟合该四种二元合金的体弹性模量B.为了验证计算结果,用同样方法计算了Ni-Al合金的晶格常数a,结合能E和体弹性模量B,计算结果与Ni-Al合金的实验结果一致.     

合金靶材择优溅射的SRIM模拟研究

利用SRIM2013软件,分别模拟计算了3组合金靶材Fe-Cr、Cu-Ni和Au-Ag在氩离子入射时的溅射产额,根据计算结果得出3组合金均存在择优溅射现象,择优溅射与金属原子的表面结合能有关的结论。同时模拟了 Au-Ag合金的溅射产额随入射离子能量和合金成分的变化情况,并分析其择优溅射机制。     

Si、V对Fe-Al-Cr合金抗高温氧化性的影响

本文通过900℃10h高温氧化实验测试添加不同合金元素(Si、V)的Fe-Al-Cr系高铝钢的抗高温氧化性。经测试,Fe-Al-Cr-Si的抗高温氧化性优于Fe-Al-Cr与Fe-Al-Cr-V合金。实验发现Fe-Al-Cr合金在高温环境下经历氧化物生成-脱落-基体氧化的动态过程,其抗高温氧化性主要取决于Fe/Al2O3界面的结合强度,而不是与铝含量呈正相关。通过密度泛函理论计算合金元素对金属/氧化物界面结合能的影响,解释了Si、V对Fe-Al-Cr系合金耐高温氧化性影响的机理:Fe/Al2O3界面结合力来自Fe-O的共价作用,Si使界面结合能从-7.16eV降低至-7.41eV,使Al2O3与基体结合更加紧密,改善了合金的高温抗氧化性;V提高界面结合能至-6.06eV,使界面容易失效,导致Al2O3的脱落,破坏了合金抗高温氧化性。     

Ce,Th和Yb构成的二元合金稀溶解热的EAM计算

通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积弹性模量等物理量,确定了铈、钍和镱三个元素的嵌入原子参数.利用Johnson的合金势形式来描述不同元素之间的相互作用,首次计算了由C e,T h和Y b三个元素构成的六种二元合金的的稀溶解热,为进一步研究稀土合金相图和开发新的稀土材料提供了理论依据.     

Al-Fe-Ce三元系中金属间化合物的形成焓的计算

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合铝、铁和铈元素的单空位形成能、晶格常数、结合能和体积弹性模量等实验数据,建立了铝、铈和铁元素相应的嵌入原子相互作用势,合金中异类原子间的相互作用势的参数通过拟合已有的实验结果或第一原理计算结果得到。用该嵌入原子模型分别计算了由铝、铁和铈元素组成的所有二元系和三元系中具有不同晶体结构的有序合金化合物的形成焓,计算结果与已有的第一原理计算结果和实验结果符合得比较好。     

FeAl合金Finnis-Sinclair多体势的构建及应用

构建了平衡态下的B2型二元合金FeAl的多体势函数,采用的是Finnis-Sinclair多体势模型,计算了FeAl合金的结合能,空位形成能及弹性常数C11、C12、C44,计算结果与实验结果符合得很好.在此基础上又研究了B2型FeAl合金的单空位及反位置点缺陷的性质.     

氮化铝分子及氯化锂分子结合能的量子蒙特卡罗研究

通过量子蒙特卡罗方法(QMC)利用不同的密度泛函轨道对氮化铝分子及氯化锂分子的结合能进行研究.采用扩散蒙特卡罗方法(DMC)得到氮化铝分子的结合能为2.993 eV,氯化锂分子的结合能为6.694 eV.与其他理论计算相比较,更接近实验得到氮化铝和氯化锂分子的结合能(2.862±0.391 eV和6.646 eV).同时,利用密度泛函理论对氮化铝分子及氯化锂分子的结合能进行研究时发现,利用密度泛函理论计算得到的结合能范围跨度很大且非常不准确.另外,在利用量子蒙特卡罗方法的计算中发现,不同类型的密度泛函轨道对结合能的计算产生一定的影响,这就需要在利用量子蒙特卡罗方法进行计算时考虑轨道的选择.     

中性原子轨道能级与元素硬度的关系

以中性原子核外电子最高占据轨道能EHOAO和最低未充满轨道能ELUAO及价壳层轨道电子平均结合能EOEAC为基本参数,发现元素的硬度可进行多元线性回归并得到回归方程来定时描述,与Pearson硬度实验值呈优良的相关性,相关系数0.9685,标准差0.3756eV,平均绝对偏差0.2879eV,计算结果优于文献报道方法,并对1～100号元素硬度的实验空缺值进行了预报.表1,参18.     

合金化元素铬/钒在钨中与氢相互作用的第一原理研究

系统研究了合金化元素Cr/V在钨(W)中与氢(H)的相互作用,即H在W-V/W-Cr合金中的热力学行为,我们仅考虑四面体间隙位的情况下H的形成能在W和WV/W-Cr合金中随着温度的变化.结果表明,在W和W-V/W-Cr合金中,H的形成能随着温度的增加而增加,声子振动能量在H的形成能随温度的变化中起关键作用,而晶格热膨胀对H的形成能随温度的变化影响较小.同时,我们也计算了在一个大气压下,H在W、W-Cr合金以及W-V合金中四面体间隙位的溶解浓度,理论计算非常接近于实验值.     

合金元素对铸造Al-Si合金腐蚀性能的影响

采用电化学实验和浸泡腐蚀实验研究了Al-7%Si合金在3.5%NaC1溶液中的腐蚀行为,同时还探讨了合金元素Cu,Mg,Mn,Sn对Al-7%Si合金开路电压、腐蚀电流密度和自腐蚀性能的影响规律,并利用扫描电镜对各合金浸泡腐蚀前后的形貌进行了观察与分析.电化学实验结果表明,所有实验合金均较快进入钝态,随着各合金元素的加入,实验合金的自腐蚀电位向负向移动,腐蚀电流密度增加.浸泡腐蚀实验结果表明,加入的合金元素均降低了Al-7%Si的腐蚀性能,其中Cu影响较大,使合金由点蚀转变为晶间腐蚀.     

部分bcc和fcc金属点缺陷性能的第一原理计算

缺陷对金属及合金的物理和机械性能有显著的影响.点缺陷如空位和间隙性能有助于理解金属和合金的热力学及动力学行为.使用第一原理软件CASTEP模块计算了体心立方结构金属V,Cr,Fe,Nb,Mo,W和面心立方结构金属Ni,Rh,Pd,Cu,Zn,Ag的单空位形成能、结合能、自间隙形成能.计算结果表明:所有结合能的计算值均高于实验值,空位形成能的结果与其他计算方法的结果比较接近;对于bcc结构,110或111哑铃间隙构型能量最低,结构最稳定,与其他计算方法结论一致;fcc结构的100哑铃或八面体间隙构型能量最低,结构最稳定;空位形成能的值大约是结合能的1/3-1/4;间隙形成能与体弹性模量B有关,随着B的增大而增大.     

Nb同位素稳定性的相对论平均场(RMF)研究

在相对论平均场理论框架下,用3组参数NL-SH、NL-3、NL-2分别计算了奇质子Nb同位素链的结合能和四极形变系数。确定了适用于该同位素区域的最佳参数组,在此基础上计算了实验上还未测定的其余元素的结合能,预言了它们的稳定性．     

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.     

FeAl合金的LFS势及点缺陷性能计算

构建了Fe、Al及其合金的原子间Long-range Finnis-Sinclair(LFS)势,利用Fe、Al及其合金的晶格常数、结合能和体弹性模量等实验数据拟合了纯金属Fe、Al及合金FeAl的LFS势参数,从中选择一组最优参数.为了检验所构建的势在缺陷性能方面的表现,利用构建的纯金属及合金的原子间势计算了金属Fe、Al及合金FeAl的单空位形成能,结果表明,与Fe相关的单空位形成能的计算结果与实验结果及其他理论计算结果符合得很好.     

含B铁基奥氏体的电子结构和原子间相互作用对势计算

用量子化学从头算方法计算含硼小体系的电子结构，然后用原子间相互作用对势处理奥氏体大体系，总能量为小体系与大体系的迭加．分析讨论了B在奥氏体中的占位、固溶度及对马氏体相变的影响，并与实验合金的成分、组织结构及性能进行了对比．Fe-Cr-Mn-C-B系实验合金随含硼量增加，原子平均结合能降低。     

Cu含量对γ-Ni相影响的第一性原理

基于第一性原理赝势平面波方法,从原子尺度上分析了Cu元素含量的变化对镍基合金基体相γ-Ni相的影响.计算了掺杂前后不同体系的晶胞总能量、形成热、结合能、态密度以及电荷密度,分析了掺杂前后不同体系的稳定性.结果表明:Cu原子的掺杂使γ-Ni相的形成热和结合能的绝对值降低,并且随着掺杂浓度的增大,形成热和结合能的绝对值也相...     

过共晶Al-Si-xLa合金温度阻尼行为

研究了过共晶Al-Si-xLa合金在不同频率下的阻尼—温度行为.Al-Si合金通过常规的铸造和喷射成型工艺制备,并采用动态热机械分析仪(DMTA)对Al-Si合金阻尼行为进行研究.结果表明,各实验合金不同频率下阻尼随温度的变化规律相同.阻尼缓慢增加到300℃后开始迅速增大.用G-L位错阻尼理论、晶界阻尼、界面阻尼对这种阻尼行为进行了解释.铸态下,添加适量La(质量分数0.003,0.01)对过共晶Al-Si合金的阻尼有提高作用,La过量后反而对阻尼不利.喷射成形态Al-17Si-xLa合金的阻尼与La含量并无明显相关关系.喷射成形工艺对Al-17Si体系合金的阻尼无明显影响.