立方相MgSc合金力学性质的计算研究

采用严格糕模轨道方法结合相干势近似计算,研究Mg_1-xSc_x（0.101-xSc_x（0.100,即此相在力学上是稳定的。γ相的弹性系数和体模量小于β相,但呈现的韧性优于β相。电子结构计算表明,基于正则能带理论的力定理不能解释γ相和β相单晶弹性常数的大小关系,而Sc合金化和电荷转移引入的马德隆相互作用对合金相稳定性和力学性质起关键作用。     

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。     

稀土元素La、Nd和Eu对化学镀镍层结构与性能的影响

研究了三种稀土元素La、Nd和Eu对化学沉积镍镀层结构的影响,结果表明,各稀土元素使合金镀层中各物相的晶格常数与它们各自的标准样品的晶格常数相比均有所降低。根据Cauchy-Gauss规则,用X—衍射分析结果对合金镀层的晶格常数和显微应变进行计算,结果显示,稀土元素均使合金镀层中各物相的晶格常数降低,显微应变增加,但稀土元素浓度对不同物相的影响不同。     

晶格常数变化与有序无序转变类型的关系

利用EAM势计算了Ni-Al系合金的有序无序转变，发现Ni3Al为一级相变，其晶格常数随长程有序度呈线性变化，而NiAl为二级相变，品格常数则呈非线性变化，此不同的转变规律是与相变类型有关，而不是完全由有序无序转变中原子构型力学平衡条件所决定。一级相变晶格常数变化是线性的，二级相变为非线性的。     

γ'-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy合金的力学性能的第一原理研究

通过密度泛函理论计算,研究了γ′-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy(0x1,0.05y0.25)合金体系。合金体系的组分无序性采用相干势近似处理。分析合金在任意化学配比下Ti(5-25at.%),Co(0-100at.%)元素对合金力学性能、磁性以及相稳定性的影响。结果表明:随着Ti含量增加,晶格膨胀,弹性常数增大,形成焓降低,使L12结构更加稳定。Al位的Ti组分增加可以提高剪切模量和杨氏模量,Co组分增多会降低二者的数值。计算结果表明Co元素增强合金延展性,Ti元素增强L12相的稳定性。     

时效对微晶Al—Si系合金α—Al相晶格常数的影响

研究了时效对微晶态Ａｌ－Ｓｉ二元合金和Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｃｕ－Ｍｇ多元合金相组成、基体α－Ａｌ相晶格常数的影响。结果表明：时效初期合金中第二相质量分数明显增加，时效一定时间后，第二相质量分数不再变化，而α－Ａｌ相晶格常数一直增大，直至超过纯铝晶格常数值；两种合金时效１００ｈ后，晶格常数趋于一致。     

钛铝合金热力学性质的研究

采用快速ＬＭＴＯＣＰＡ方法分别计算成分有序和无序的ＴｉＡｌ合金（Ｌ１０结构）的热力学性质,通过比较可以发现,有序情况下的ＴｉＡｌ合金的晶格常数理论值与实验值符合很好,而无序情况下的晶格常数理论值与实验值偏差大于３％．理论结果表明有序的γＴｉＡｌ相在富Ａｌ区,多余的Ａｌ原子占据Ｔｉ的格点后,系统能量降低,有利于γＴｉＡｌ相的稳定性,而在富Ｔｉ区,多余的Ｔｉ原子占据Ａｌ的格点后,将使所有的Ｔｉ原子的能量增大,使系统能量升高,不利于γＴｉＡｌ相的稳定性,而有利于新相的形成．     

Fe_3X(X=Al,Si,Ga)合金力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的EMTO方法,研究了Fe3X(X=Al,Si,Ga)合金的力学性质.得到Fe3X合金处于无序的A2相结构、有序的DO3相结构以及L12相结构时的弹性常数,并分析了原子占位有序性与磁有序性的关联.研究结果表明:对于Fe3Al合金,铁磁L12相为非稳定相,DO3相和A2相的动力学稳定性(C′)依赖合金的磁有序性;非磁A2相不稳定,说明铁磁性使得无序相稳定;非磁的DO3相是稳定的,而且其C′比铁磁相略大,这一性质与Fe3Ga合金相似.对于Fe3Si合金,铁磁DO3相是稳定的,具有较大的C′,但非磁相的C′是负值,说明铁磁性才能保证该相的稳定性.因此,Fe3X合金的动力学稳定性与磁有序性和原子占位有序性高度相关.     

B2-CuRE物理性质的第一性原理计算

【目的】对17个B2-CuRE的热力学性质、力学性质、电子结构特性以及相关的热物理性质进行研究,为材料的设计和开发提供参考。【方法】利用基于密度泛函的第一性原理计算B2-CuRE(RE=Sc,Y,La-Lu)的能量、弹性常数以及电子结构特性。【结果】计算获得的晶格常数、形成焓、体积模量以及弹性常数和实验值吻合,高的B/G比表明B2-CuRE具有很好的延性。【结论】电子结构的计算可以阐明B2-CuRE的成键机制。B2-CuRE具有很好的延性。     

Mg_2Si单轴应变的结构和电子性能

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Mg2Si半导体沿[001]方向单轴应变下的结构、力学性质以及电子性质。计算结果表明:无应变时晶格参数和弹性常数与其他理论及实验值吻合的很好。施加应变后,其与应变方向垂直的晶格常数随应变值呈近似线性变化。通过应力-应变曲线和Born力学稳定性判据,确定了Mg2Si化合物在拉伸、压缩过程中的稳定范围和理想强度。Mg2Si的电子布居和电子态密度分析,表明Si-Mg之间的显示离子键特性,并给出了在拉伸压缩过程中Mg和Si原子轨道电子对总的态密度影响。     

四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的磁性和力学性质

采用第一性原理计算方法对四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的电子结构、半金属性和磁性,以及力学性能进行了理论计算。计算结果表明,该合金是一种半金属亚铁磁性材料,具有100%的自旋极化率,平衡晶格常数为5.594?。合金具有良好的磁性,磁性来源于Fe-3d、Cr-3d和Mn-3d轨道的电子自旋以及它们之间的相互杂化作用。研究合金的磁性和晶格常数之间的关系发现,Mn原子和Cr原子的磁矩随晶格常数的改变发生明显变化,但是由于Cr原子和Mn原子磁矩的反向耦合作用,导致合金的总磁矩不变,说明外力作用对合金磁性没有影响。通过对力学性能的研究发现,该合金具有良好的力学延展性,是一种各向异性材料。     

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.     

利用第一性原理计算方法对NbMoTaWV_x高熵合金的研究

为了分析NbMoTaWV_x高熵合金中V组元对材料特性的影响,利用第一性原理计算方法对其进行了研究,该方法是一种基于密度泛函理论框架下的精确糕模势轨道结合相干势近似模型的方法。首先,对NbMoTaWV_x高熵合金的相与结构性质进行了研究,结果表明:当0≤x≤1.5时,NbMoTaWV_x高熵合金在平衡态中的最稳定构型为体心立方结构;V组元物质的量比的增加会减小NbMoTaWV_x高熵合金的密度、晶格尺寸和体心立方相的稳定性。其次,计算了NbMoTaWV_x高熵合金的弹性力学性质,结果表明:随着V组元物质的量比的增加,合金的内在塑性会提高,理论强度会降低,弹性各向异性几乎不变。     

Al含量对镁锂合金α-Mg相晶格常数及微观应变的影响

采用X射线衍射方法测算Ng-5Li-xAl合金α-Mg相晶格常数及微观应变,研究不同含量的Al元素对镁锂合金中α-Mg相晶格常数及微观应变的影响．结果表明,铸态blg-5Li-xAl合金主要是由α-Mg基体和AlLi相组成;随着Al含量增加,α-Mg相的衍射峰向高角度偏移,晶格常数下降,合金的微观应变增加,其原因是固溶进入α-Mg相基体中的A1原子和析出的A1Li相共同作用所致;铸态Mg-5Li-xAl合金的硬度随着Al含量增加而增大,Al添加量在3％～5％时合金硬度的增长率要高于Al添加量在0—3％时硬度的增长率．     

ReB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ReB2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数.晶格常数的计算值与实验值及其它理论值符合较好.通过准谐德拜模型研究了ReB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,同时获得了相对晶格常数(a/a0,c/c0)、相对体积(V/V0)与压强的关系以及热膨胀系数α与压强和温度的关系.     

一种FGH95镍基合金的晶格常数及蠕变行为

通过对FGH95合金进行组织形貌观察、晶格常数测定和蠕变性能测试,研究了该合金的组织结构及蠕变特征.结果表明:合金经热等静压后,组织致密,并有粗大γ’相沿原始颗粒边界不连续析出;经完全热处理后,粗大γ’相数量减少,细小γ’相在晶内弥散析出,且碳化物沿晶界和晶内不连续析出;同时,HIP合金经完全热处理后,经XRD谱线测定表明合金中γ’相晶格常数减小,γ相晶格常数增大,且在γ与γ’两相间存在较大的晶格错配度和晶格应变,使合金具有较高的蠕变抗力,故合金在1.034 GPa,650℃条件下具有较长的蠕变寿命;合金在蠕变期间的变形特征是可形成位错缠结、位错绕过或切入γ’相.     

Al3Sc态密度的第一原理计算

应用赝势平面波方法,利用第一性原理CASTEP软件,采用超软赝势和广义梯度近似(GGA)计算Al_3Sc的晶格常数及态密度.研究表明,Al_3Sc的成键在费米能附近主要由Al原子的p轨道电子与Sc原子的d轨道电子杂化而成,费米能级以上是由Sc-Sc共价键和Al-Sc杂化键贡献的;费米面处的电子态密度很小,共价键增强,有很好的区域稳定性;在费米能级两侧,Al_3Sc体现很强的共价性.     

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

磁形状记忆合金Mn_2NiGa的第一性原理计算

Mn_2NiGa磁形状记忆合金立方奥氏体相因在室温下具有可逆马氏体相变,同时居里温度高达588 K,在高温下具有优异的磁热效应,因而在相应的学术领域和应用领域中具有重要的研究价值。掌握Mn_2NiGa磁形状记忆合金的原子占位、结构相变、磁性质和弹性常数是实现Mn_2NiGa合金磁形状记忆性能优化的关键。采用目前国际上较为先进的第一性原理精确Muffin-Tin轨道方法,系统计算研究了0 K下Mn_2NiGa合金立方奥氏体相与四方马氏体相的晶格结构参数、磁矩、弹性常数、电子结构及总能。研究结果表明,Mn_2NiGa合金立方奥氏体相具有Hg_2CuTi型晶格结构,而非传统Ni_2MnGa的L2_1结构;Mn原子是合金总磁矩的主要提供者,且2种Mn原子磁矩呈反平行排列;奥氏体相的剪切模量(C′=(C_(11)-C_(12))/2)小于0,因而低温下立方结构不稳定,可以发生由立方相到四方相的马氏体相变;根据Jahn-Teller效应,低温下四方相相对于立方相的稳定性,主要源于2种Mn和Ni原子分别与Ga原子的共价结合作用。上述理论结果有望为Mn_2NiGa合金性能的进一步优化提供理论指导。     

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。