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《湖南大学》 2005年
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B2-NiAl基本力学性质合金化效应计算

胡艳军  
【摘要】:本文采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法Castep程序,比较系统地计算了NiAl的几何与电子结构,3d过渡金属在NiAI中的占位及其择优占位下合金化对NiAl力学性质的影响。 首先,本文计算了NiAl的基本物性,得到了一些与实验和其它计算方法符合较好的结果,如:晶格常数、能带结构、态密度、电子密度、形成热、表面能等;通过对NiAl四种点缺陷形成能的计算发现:Ni空位和反位的形成能较低,而Al空位及其反位的形成能却较高。 其次,计算了3d过渡金属分别占据NiAl不同亚点阵位时形成热之差,分析了这些元素在NiAl中的择优占位情况,发现这种占位情况与其外层电子特别是价电子结构特性密切相关,前过渡金属Ti、V与后过渡金属Zn主要占据Al原子位,未满d壳层的Mn、Fe、Co则主要占据Ni原子位,而含有半满或满d壳层的Cr与Cu则既可占据Ni原子位也可占据Al原子位,并且随着3d过渡金属外壳层价电子数的增加,这些过渡金属元素优先占据Ni原子位的趋势增大,至Mn时则逐渐减小。通过对这些合金化元素价电子态密度图的分析,得到了比较合理的解释。 然后,对几种优先占据Ni位的合金化元素,合金化后NiAl缺陷晶体弹性常数的计算,采用几个经验判据,分析了这些合金化元素(即:Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等)对NiAl力学性能的影响,结果表明:高浓度的上述合金化元素可使NiAl晶体的硬度大幅度提高,但同时却降低了其延性。 最后,通过对不同浓度Fe合金化对NiAl弹性常数的计算,分析了它们对NiAl力学性质的影响。结果表明:Fe合金化浓度越大,NiAl晶体的硬度越高,而高浓度的Fe合金化对其延性没有改善作用;但据其变化趋势不难预测低浓度Fe合金化应有望改善NiAl的延性。
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