Cr含量对Ti-V-Cr合金结构稳定性及抗腐蚀性 影响的电子结构计算

在合金体系中添加合金化元素来提高合金体系的抗腐蚀性是科学研究的重要手段之一.首先讨论了不同Cr含量下,Cr原子的分布对合金结构稳定性的影响.在此基础上,通过计算不同Cr含量的Ti-V-Cr合金体系的内聚能和形成能、费米能级和态密度,从电子层次分析Cr含量对Ti-V-Cr合金体系抗腐蚀性的影响.结果表明:随着合金体系Cr含量的增加,合金体系的内聚能升高,表明合金体系结构稳定性在降低;形成能均为负值,表明合金都稳定存在.态密度的研究表明,随着Cr含量的增加,赝能隙逐渐消失,合金体系中相邻原子间的成键作用减弱,合金体系的结构稳定性随着Cr含量的增加而降低,与内聚能的计算结果一致.态密度的研究还表明,随着Cr含量的增加,合金体系的费米能级在降低,费米能级处的总态密度值明显减小,并且态密度最大值向低能级方向移动,合金体系失电子能力减弱,有利于提高合金体系的抗腐蚀性.     

Ti-Al系二元合金的稳定性及电子结构性能研究

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法优化了TiAl、Ti_5Al_3、Ti_3Al这三种成分的Ti-Al系二元合金,通过对合金的内聚能、形成能和差分电荷密度的计算分析了合金的结构稳定性;通过计算合金的态密度、差分电荷密度研究了合金的电子结构性质.三种Ti-Al系合金的内聚能值分别为-4.33eV、-4.55eV、-4.71eV,表明常温下Ti_3Al稳定性最好.三种合金的形成能均为负值,结果分别为-3.61eV、-4.50eV、-4.42eV.由差分电荷密度可以看出,在三种合金中,Ti_3Al的稳定性最好.同时,在态密度的研究中,我们发现Al不是β相的稳定元素,随着Al含量的减少,体系费米能级升高,TiAl、Ti_5Al_3、Ti_3Al的抗腐蚀性依次减弱.     

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。     

合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响

通过热力学平衡相计算方法,系统研究了某新型镍基粉末高温合金时效温度下合金元素对热力学平衡相析出行为的影响.计算结果表明:René104合金析出的主要平衡相为γ′、MC、M23C6、M3B2和TCP相.Cr和Co含量主要影响TCP相的析出行为及γ′相的析出温度,Cr含量对M23C6和M3B2的析出行为有一定的影响,Cr的建议质量分数为13%;Mo和W含量影响TCP相和M3B2的析出行为.质量比Al/Ti和Nb/Ta影响γ′相的析出行为,建议控制Al/Ti和Nb/Ta比平衡,以使γ′相起到理想的强化效果.C和B含量显著影响碳化物和硼化物的析出量,还可间接抑制TCP相析出;Zr含量对MC和M23C6碳化物的析出有影响;增Co降Cr和调节合金元素含量以获得小的点阵错配度是第3代涡轮盘用粉末冶金高温合金成分优化设计的趋势.     

Cr原子数分数对β_0-Ti_(50)(Al_(50-x)Cr_x)稳定性和弹性性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了B2-Ti50(Al50-xCrx),x=6.25,9.375,12.5,18.75,25晶体的能量、电子结构和弹性常数,并通过合金形成热、结合能、Born稳定性判据、Cauchy压力参数(C12-C44)和B/C44比值,表征和评判了Cr原子数分数对B2型Ti Al-Cr合金相稳定性、强度与韧脆化倾向的影响.结果表明:当Cr原子数分数大于9.0%时,B2-Ti50(Al50-xCrx)相才能稳定存在,且稳定性随Cr原子数分数增加而升高;同时,随Cr原子数分数增加,合金的体积模最B,剪切模量G和弹性模量E也增大;当Cr原子数分数大于12.5%时,其韧化效果变好.通过电子态密度和价电子密度分布图的比较与分析,初步解释了Cr原子数分数对B2-Ti50(Al50-xCrx)相结构稳定性的影响及其强韧化作用.     

Ni-Cr-Al合金择优氧化及其影响机理的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法,研究了Ni-Cr-Al合金择优氧化及其影响机理。研究结果表明,Al,Cr不在Ni表面发生偏聚,Y却发生偏聚。氧吸附促使含Al,Cr镍合金表面偏聚反转,这对发生择优氧化起到了决定性的作用。合金元素向表面偏聚强弱的顺序为Y>Cr>Al。Cr,Al,Y存在使O于Ni合金表面化学吸附更稳定,尤其是Cr,这可以解释Ni合金氧化皮外层一般是Cr2O3,内层是Al2O3的事实。稀土促进Ni-Cr-Al合金选择性氧化是因为稀土氧化物Y2O3有助于Cr2O3,Al2O3成核。合金元素Al,Cr,Y使Ni合金表面活性增强,有助于表面Al,Cr,Y氧化物形成,产生择优氧化。O与Al,Cr,Y形成较强的共价键,与Ni形成较弱的共价键,因此Ni-Cr-Al合金表面容易生成Al2O3或Cr2O3氧化膜。O吸附使Ni,Cr,Y的d电子转移到氧原子上,因此形成的化学键兼有共价键和离子键的特性。     

Al2O3/ZrO2(2Y)复合材料的相变行为与力学性能

研究了真空烧结法制备Al2O3/ZrO2(2Y)复合材料.讨论了ZrO2(2Y)的含量、相对密度对Al2O3陶瓷力学性能的影响,以及相变增韧、显微组织与力学性能的关系.     

Zr含量对Zr71-xNixNb3Cu16Al10非晶合金形成能力和性能的影响

研究了Zr含量对Zr71-xNixNb3Cu16Al10非晶合金的形成能力、晶化行为和力学性能的影响.采用快速凝固装置制备非晶合金,利用XRD和DSC对其非晶形成能力和晶化行为进行分析,通过压缩试验和SEM对其力学性能及断裂方式进行表征.结果表明:Zr原子百分比为62％时非晶形成临界直径最大,为9 mm;Zr含量不同改...     

Cr3 C2含量对Cr3 C2/Ni3 Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热等静压法制备Ni3 Al合金和Cr3 C2含量不同的Ni3 Al基复合耐磨材料,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,系统地研究Cr3 C2含量对材料组织特征、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：Cr3 C2/Ni3 Al复合材料中,Cr3 C2颗粒与Ni3 Al颗粒之间发生互扩散作用,使部分Cr3 C2颗粒转变为M7 C3( M=Cr, Fe, Ni)结构;在特定的摩擦磨损条件下,随着Ni3 Al基体中Cr3 C2比例增大,Cr3 C2/Ni3 Al复合材料的耐磨性能显著提高,达到了Ni3 Al合金耐磨性能的4~10倍。此外,随着Ni3 Al基体中Cr3 C2比例的增大,Cr3 C2/Ni3 Al复合材料对对磨盘的切削、刮擦作用减弱,对磨盘的磨损量减少。     

Cr含量对Al-Cr合金组织及性能的影响

通过先熔炼5%,铬含量的Al-Cr中间合金,后使用中间合金,依次熔炼铬含量为1%,、2%,、3%,的Al-Cr合金,并观测不同铬含量合金的金相组织,测量合金硬度及耐磨性能,结果表明,随着Cr含量的提高,合金微观组织中的增强相Cr Al7数量增多,且尺寸增大;合金的硬度值先增加,后降低;合金的耐磨性先增加,后降低。但从整体看,Cr含量合硬度及耐磨性的影响并不明显。     

Theoretical study on Fe-Al clusters: geometric structure, bonding law and electronic structures

Structures of the small Fe-Al clusters with different atom proportion are calculated using the B3LYP method in density functional theory (DFT). Calculated results show that the Al atoms lose electrons easily while the Fe atoms capture electrons easily. The most stable geometry is the bonding between Fe and Fe atoms and between Fe and Al atoms with the largest possibility, and the cluster stability law with the same atom proportion accords with the change of the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy and the entropy of cluster system. Moreover, the electronic structure study of the ground-state Fe3Al and Fe2CrAl clusters shows that the substitution of Cr atom for the Fe atom located at the next neighboring site of Al atom reduces localized electrons not only between Al atom and the next neighboring Cr atom, but also between Al atom and the nearest neighboring Fe atom. Although the substitution increases the plasticity and the magnetism of intermetallic compound, the stability of the system slightly decreases. Our theoretical results agree well with the experimental results.     

Fe-Al微叠层复合材料的制备及界面表征

将多层纯铁和纯铝薄板交替叠放,采用“热轧复合—冷轧减薄—合金化热处理”工艺流程制备了Fe-Al金属/金属间化合物微叠层复合材料(Fe-Al MIL),研究了合金化温度对该复合材料微观组织、相组成、相变及力学性能的影响.结果表明:所制备的Fe-Al微叠复合材料Fe/Al界面结合状态良好;随合金化温度的升高,化合物层厚度随之增加,当温度低于Fe-Al固-半固态反应温度655℃时,Fe₂Al₅和FeAl是化合物层的主要物相,而高于655℃时,则会在化合物层和Fe金属界面处出现少量交替分布的FeAl₃和Fe₃Al;DSC曲线上呈现出~559,~571和~667℃三个放热峰,分别代表FeAl₃,Fe₂Al₅和FeAl的相转变;固-固和固-液合金化后得到的Fe-Al MIL力学性能较差,均易发生分层断裂现象,而固-半固态合金化热处理后其力学性能最佳.     

Al含量对Fe-Al合金中微观缺陷和价电子密度的影响

测量Ｆｅ２８Ａｌ和Ｆｅ４０Ａｌ合金的正电子寿命谱参数,计算合金基体和缺陷处的价电子密度。Ｆｅ２８Ａｌ和Ｆｅ４０Ａｌ合金基体的价电子密度（ｎｂ）分别为４１０×１０－２ａｕ和２３６×１０－２ａｕ,表明当Ａｌ和Ｆｅ结合形成Ｆｅ２８Ａｌ或Ｆｅ４０Ａｌ合金时,Ａｌ原子提供价电子与Ｆｅ原子的３ｄ电子形成局域的共价键,Ｆｅ２８Ａｌ和Ｆｅ４０Ａｌ合金中金属键和共价键共存。两种合金均有开空间大的缺陷,晶界缺陷处价电子密度（ｎｄ）〔１３２×１０－３ａｕ（Ｆｅ２８Ａｌ）,４７０×１０－３ａｕ（Ｆｅ４０Ａｌ）〕比基体的低,表明晶界处的键合力较弱。Ｆｅ４０Ａｌ合金晶界缺陷的开空间比Ｆｅ２８Ａｌ的大。     

添加合金元素Cu和Mn对锆合金中第二相的影响

以Zr-4为母合金,分别添加电解纯铜或电解金属锰,用非自耗真空电弧炉熔炼了成分不同的6种锆合金.用透射电子显微镜观察了合金中第二相的形貌,用EDS分析了第二相的成分,用SAD确定了第二相的晶体结构.添加Cu元素的合金中有3种第二相：Zr(Fe,Cr)₂粒子、Zr(Fe,Cr,Cu)₂粒子和含少量Fe或不含Fe的Zr-2Cu粒子;添加Mn元素的合金中只有1种Zr(Fe,Cr,Mn)₂第二相,且随着合金中Mn的质量分数从0.07%增加到0.35％,Zr(Fe,Cr,Mn)₂粒子中Mn元素的质量分数也升高.     

原子簇NiFeB2的结构及催化性能

利用DFT(密度泛函理论)方法,对原子簇NiFeB2的10余种可能构型在单重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、成键、电荷分布情况及不同构型的催化性能.结果表明:原子簇NiFeB2以B-B键较长的三角锥形1构型最稳定,是原子簇NiFeB2最有可能存在的构型,B-B在Ni-Fe异侧的平面四边形2构型次之;Ni-B,Fe-B原子间有强烈的成键作用且Fe-B间作用力比Ni-B间作用力大;各构型中电子由B转向Ni,Fe;在形成原子簇NiFeB2的过程中Fe,B原子的所有轨道均参与成键,Ni原子的4p,4s在其成键中起主要作用;除了B-B键较短的三角锥形3构型外的其它构型中Fe原子的催化活性高于Ni原子,B-B键较短的三角锥形3构型和直线型4构型可能具有较好的催化性能;在催化加氮和加氢上直线型4构型具有较好的催化活性.     

Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

团簇Fe3Ni3的极化率与催化性质

为探究团簇Fe₃Ni₃优化构型的稳定性及其受外场影响的形变情况,并研究其催化性质,使用密度泛函理论中的B3LYP/Lanl2dz(Level)对设计出的初始构型进行全参数优化计算,将含虚频和能量较高的相同构型排除后,最终得到9种稳定的优化构型.从各优化构型的极化率、前线轨道及福井函数分析发现:构型4⁽³⁾的极化率最大,原子间的相互作用力最小,构型易发生形变,且构型4⁽³⁾的能隙差最小,电子从HOMO轨道向LUMO轨道转移的难度最小,在催化反应过程中反应活性最好; 单重态构型比三重态构型原子间相互作用力更强,结构更致密,不易发生形变; 在三重态构型中Fe原子是前线轨道的主要贡献者,是催化反应过程中的潜在活性位点,具有较强的得电子能力.而单重态构型与之相反,Ni原子是前线轨道的主要贡献者,在催化过程中提供电子的能力较强.     

The first-principles study on the doping effect of Re in Ni3Al

Using first-principles density function for molecules method （DMol） and discrete variational method （DVM） based on the density functional theory, we studied the doping effect of Re in Ni3Al. The structure relaxation and the alloying energy show that Re has a strong Al site preference and leads to the local deformation, which is in agreement with the experimental results and other theoretical results. In addition, the charge density difference and the bond order show that Re can strongly enhance the interatomic interaction between the nearest neighbor atoms. From the density of states and the Pauli spectrum, we find that resonance states and localized states are induced by doping Re, and the doped Re atom forms the hybridized bond with the nearest neighbor atoms.     

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。     

The first-principles study on the doping effect of Re in Ni3A1

Using first-principles density function for molecules method (DMol) and discrete variational method (DVM) based on the density functional theory, we studied the doping effect of Re in Ni3Al. The structure relaxation and the alloying energy show that Re has a strong A1 site preference and leads to the local deformation, which is in agreement with the experimental results and other theoretical results. In addition, the charge density difference and the bond order show that Re can strongly enhance the interatomic interaction between the nearest neighbor atoms. From the density of states and the Pauli spectrum, we find that resonance states and localized states are induced by doping Re, and the doped Re atom forms the hybridized bond with the nearest neighbor atoms.