Ti/Si杂质对Al晶界影响的研究

根据局域密度泛函理论,用第一性原理的赝势方法计算了AlΣ9倾侧晶界掺杂Ti和Si元素前后的原子及电子结构,进而研究杂质偏析对Al晶界的影响.计算结果表明,两种情形均形成了较强的具有共价-金属混合性质的化学键,从而阻止了应力作用下的原子重组,所以均可归于"bond mobility model".     

Al晶界中Ti杂质效应的第一性原理计算

基于局域密度泛函理论,对AlΣ9倾侧晶界中掺杂Ti后超晶胞原子和电子结构的变化用第一性原理的赝势方法进行了模拟计算,进而研究了Ti偏析对Al晶界的影响。计算结果表明,与纯Al晶界相比,引入杂质Ti后,超晶胞的晶界略有膨胀,晶界处的电子密度明显增加,Ti原子与Al原子间形成了较强的具有共价—金属混合性质的化学键,其脆化机制可归于"bond mobility model"。     

Al,Si,P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Al、Si和P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响.Ge原子在完整石墨烯上吸附的最稳定位置为桥位,Ge的吸附改变了石墨烯中C原子的电子自旋性质;Al、Si和P掺杂石墨烯使衬底C原子发生了移动,且Si,P原子掺杂比Al掺杂石墨烯容易;杂质类型对Ge在石墨烯上的吸附位置有较大的影响,...     

掺杂对Al(111)面氧分子吸附性能影响

为了揭示掺杂对Al(111)面O2吸附性能影响规律。采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的第一性原理计算方法,通过构建模型以及设置计算参数,计算得到了不同O原子覆盖度下Ni、Mn、Si掺杂对应Al(111)面吸附O2的吸附能、功函、Bader电荷、差分电荷密度、以及态密度。研究表明：当氧原子覆盖度较低情况下,纯铝表面吸附能绝对值最大,转移电子数最多,原子之间存在相互作用并主要由最外层电子轨道决定。当氧原子覆盖度增大至3/8时,掺杂表面吸附能大于纯铝表面,掺杂促进了Al(111)面吸附氧分子。结果表明：Al(111)面吸附氧分子的能力不仅与掺杂元素有关,还与各表面O原子的覆盖度有关,当O原子覆盖度较低时,Mn、Si、Ni掺杂抑制了O2吸附,当覆盖度较高时,Ni、Mn、Si掺杂促进了O2吸附。     

Na掺杂InN磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法探究了Na掺杂InN的电子结构和磁学性质.计算结果表明,Na掺杂InN为p型掺杂,一个Na原子掺杂的InN体系可产生2. 0μB的磁矩,其中Na最近邻的N原子对磁矩的贡献最大.态密度图和自旋密度分布图显示两个掺杂的Na原子之间的N原子间存在较强的p-p相互作用,因此由两个Na原子掺杂产生的磁矩间的耦合为长程铁磁耦合.     

从头算方法研究Y掺杂的刚玉晶界Σ31

使用一系列高精度从头计算方法,我们研究了清洁和Y掺杂的α-Al2O3陶瓷晶界Σ31/(0001)的原子结构和能量.为了研究Y的不同替代位置和掺杂浓度,我们建立了一个包含700个原子的周期性超晶格模型.我们的结果显示Y原子更愿意偏聚到由7个Al原子构成的环形结构中心.这一效应可以由Y在这一位置的更有利的成键和更低的晶界形成能得到解释.计算的清洁和Y掺杂晶界形成能分别是3.99和3.67J/m2.计算的电荷平均值显示,晶界区电荷密度低于晶体区.同时,我们也发现晶界引起了静电势在晶界两边的长程不对称分布.     

Al掺杂的Ca2Si的电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Ca2Si和Al掺杂Ca2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;费米能级插入价带中,Al掺杂Ca2Si变为P型半导体,禁带由未掺杂时的0.26eV变为0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1（0）值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小。     

Al掺杂4H-SiC第一性原理计算及二次离子质谱分析

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,使用CASTEP软件建立了4H-SiC重掺杂模型,对通过激光辐照固态Al膜制备的p型重掺杂4H-SiC薄膜的晶体结构和电子结构进行了计算分析,研究获得不同浓度Al掺杂4H-SiC的能带结构和态密度.结果表明,随着Al原子掺杂浓度的增大,辐照样品禁带宽度随之减小,费米能级进入价带,体现出p型半导体的特征.结合二次离子质谱测试分析,得到Al掺杂浓度随辐照层深度的变化规律,Al掺杂浓度在30 nm范围内较为均匀,约为1×10^20cm^-3.证明KrF准分子激光可以实现4H-SiC之Al原子重掺杂,随着深度的增加,激光能量密度逐渐降低,4H-SiC内Al原子掺杂浓度相应降低.验证了激光辐照Al膜掺杂所制备4H-SiC样品的p型半导体特征,得到了Al掺杂浓度随激光辐照深度的变化规律.     

Si4X(X=Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl)原子簇结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP／6—311G^*水平下,对杂原子X(X—Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl)置于垂直于具有D2h对称的Si4原子簇平面的C2轴上时,所得到的含杂Si4X(X—Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl)原子簇,进行了理论计算,得到一系列稳定的Si4X原子簇的几何构型,并对其中具有C2v对称的三角双锥结构的Si4X原子簇,系统地讨论了原子簇的稳定性、Si—X键强弱、电荷分布等的递变规律,以及由于第三周期元素的加入,对硅原子簇结构的影响。     

Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

碳化物及合金元素对酸液膜中晶粒腐蚀形态的影响

选用10#钢、65#钢和W6Mo5Cr4V2Al钢为实验材料,利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针对其在酸性环境中腐蚀后的晶粒微观形貌和合金元素的分布进行观察分析,考察合金元素和碳化物的存在形式对晶粒腐蚀形态的影响.结果表明,晶粒的腐蚀形貌与碳化物分布有关,钢中碳元素以固溶形式存在或钢中添加Cr,Al元素,可显著提高钢的耐酸蚀性;在以电化学腐蚀为主的酸性环境中,组织中各相电极电位的高低才是晶粒是否易被腐蚀的本质;晶界是否易被腐蚀也主要与晶界处物相的电极电位高低有关.     

热处理对增材制造AlSi10Mg合金组织性能及残余应力的影响

 增材制造AlSi10Mg合金通常存在较大的残余应力,对材料的服役使用产生不利影响,故需要采用热处理对残余应力予以控制甚至消除。利用X射线衍射、光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射、维氏硬度和拉曼光谱试验,研究了成形态和退火态合金的显微组织、性能及残余应力。结果表明,成形态合金由过饱和Al固溶体和Si相组成,其中, Si相以网状共晶硅和弥散分布的纳米硅颗粒2种形态存在。同时,成形态合金的晶粒细小,其晶粒尺寸分布的d₅₀值约为10.4 μm。250~300℃退火使合金元素从过饱和Al固溶体中析出,形成平衡相Mg₂Si和Si相;且随着退火温度升高,合金元素析出越彻底。此外,退火还引起网状共晶硅和纳米硅颗粒粗化,促使晶粒长大并诱发再结晶。由于退火后合金中的细晶强化、固溶强化和弥散强化效果减弱,故合金的维氏硬度下降。然而,退火可以显著降低合金的残余应力,下降幅度达到60%~80%。因此,为更好地实现组织和性能调控,有必要针对增材制造铝合金的特点开发新的热处理制度。     

超纯奥氏体不锈钢00Cr25Ni22Mo2N非敏化态晶间腐蚀与磷(硅)的晶界偏聚

运用金相、电子显微镜观察及表面分析技术,研究了超纯奥氏体不锈钢00Cr25Ni22Mo2N制造的汽提管在尿素生产环境下的腐蚀形态和机理。结果表明:该钢种在生产条件下产生非敏化态晶间腐蚀。其特征是腐蚀介质不仅沿晶界向钢的内部渗入,而且同时向晶界的两侧扩展,因而在管断面上观察到的晶间腐蚀路径较宽,但深度较浅并呈现漏斗形貌。电子显微镜观察、二次离子质谱、俄歇能谱分析及计算表明,这种材料晶界不贫铬、无第二相沉淀,但有磷(硅)的高度偏聚。晶界区磷的含量(约25％)比晶内高约三个数量级。作者认为,磷的晶界偏聚造成的与晶内在腐蚀电解质溶液中的电位差,是这种超纯奥氏体不锈钢非敏化态晶间腐蚀的原因。     

低碳钢烘烤硬化中C元素晶界的偏聚

针对低碳钢,测试了不同预变形量下的烘烤硬化性能;采用电子背散射衍射及电子探针技术分别分析了低碳烘烤硬化钢板的晶界特征和晶界元素偏聚。结果表明,随着预变形量不断增加,烘烤硬化值不断增大;钢中小角度晶界不断增多,但总体上大角度晶界还是占主导地位。退火态和不同预变形量下的烘烤态均存在碳元素在晶界处偏聚的现象,锰元素没有晶界偏聚。     

金属间化合物Ni3Al中的硼晶界偏聚特性的AES研究

本文应用俄歇能谱仪研究了不同化学计量比ＮｉＡｌ金属间化合物硼在晶界偏聚的特性。研究结果表明：硼在Ｎｉ３Ａｌ的各个晶界偏聚存在着不均匀性，硼在晶界的偏聚范围只有几个原子层，晶界结构及晶界化学环境是影响在晶界偏聚的决定因素。     

Effects of trace elements on grain boundaries in some superalloys

The effects of trace elements on grain boundaries were investigated by analyzing the feature and composition of the boundary precipitates. The effect of trace elements segregated towards boundaries and the mechanism of interaction were interpreted by an idea of atom misfit. The mechanisms with regard to spheroidizing and degenerating of the precipitates were expounded. For the superalloys studied, the atoms with larger misfit may hinder the atoms with smaller misfit from segregating towards the boundaries and may drive the latter into the lattice(or interstice) inside grains and the boundary precipitates. The reaction of the latter on the former was also studied.     

石墨与硅之比对石墨铝硅复合材料综合性能的影响

研究了石墨与硅之比对石墨铝硅复合材料综合性能的影响．解决了石墨颗粒直接加入铝硅熔体中的难点,并基本解决了石墨加入的均匀性问题．研究表明：石墨与硅生成一定量的ＳｉＣ,对提高石墨铝硅的高温抗拉强度十分有利;石墨与铝生成Ａｌ４Ｃ３有利于石墨在铝硅熔体中的均匀分布;生成Ａｌ４Ｃ３的量不宜过多,不能给石墨与硅生成碳化硅的比例带来影响．否则,会引起材料的性能下降     

Grain boundary segregation of minor arsenic and nitrogen at elevated temperatures in a microalloyed steel

Auger electron spectroscopy (AES) was used to investigate the grain boundary segregation of arsenic and nitrogen in a kind of microalloyed steel produced by a compact strip production (CSP) technology at 950 to 1100℃, which are similar to the hot working temperature of the steel on a CSP production line. It was discovered that arsenic segregated on grain boundaries when the steel was annealed at 950℃ for 2 h. When the annealing temperature increased to 1100℃, arsenic was also found to have segregated on grain boundaries in the early annealing stage, for instance, within the first 5 min annealing time. However, if the holding time of the steel at this temperature increased to 2 h, arsenic diffused away from grain boundaries into the matrix again. Nitrogen was not found to have segregated on grain boundaries when the steel was annealed at a relatively low temperature, such as 950℃. But when the annealing temperature increased to 1100℃, nitrogen was detected to have segregated at grain boundaries in the steel.     

Effect of Sr addition on the grain refinement of AZ31 magnesium alloys

The grain refinement mechanisms of Sr in the AZ31 magnesium alloys were studied by both phase diagram calculation and experimental analysis.The influence of Sr content on the solute distribution coefficients of Al and Zn during solidification was investigated in order to find out whether Sr addition can enhance the grain refinement efficiency brought by Al and Zn.The results showed that Sr addition can promote the segregation in liquid phases for both Al and Zn during solidification,therefore enhance the grain refinement effects by Al and Zn in AZ31 magnesium alloys.And the effect of Sr addition on the solute distribution coefficients for Al is larger than that of Zn.Sr addition can improve the GRF values by itself and also improve the GRF values of Al and Zn to the AZ31 magnesium alloys,and the grains are refined consequently.