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《四川大学》 2007年
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TiAl基金属间化合物Co_2TiAl的第一性原理研究

付宏志  
【摘要】: TiAl基合金具有许多优点,例如具有较低的密度、较高的熔点以及较大的屈服应力等等。但是,在一些情况下它们也具有一些缺点,比如具有较低的抗损伤能力、较低的室温塑性、断裂韧性和高裂纹扩展速率增加失效的可能性等。这些缺点阻碍了TiAl基合金在一些重要领域的应用。因此,研究TiAl基合金的结构和性能一直是一个很活跃的研究领域。大量的实验和第一性原理计算结果表明,TiAl基合金的性质强烈地依赖于晶体结构和组成元素的构型,尤其是微观的电子结构对其性能起到非常重要的作用。然而,对于一些很重要的TiAl基晶体,在控制金属间化合物的强度、延展性、断裂以及热缺陷等微观机理等等方面,人们知道的还比较少。 Co_2TiAl合金属于Hume-Rothery(H-R)晶体,具有L2_1的晶体结构。其化学配比公式可以写成X_2YZ的形式。其中,X和Y是过渡元素,Z是具有sp电子的非磁性元素。长期以来,具有L2_1结构的晶体一直被认为是三元合金中一种重要的稳定结构。这种结构可以看成是由八个B2体心立方原胞堆砌而成的立方密排晶胞。最近以来,很多科研工作者把注意力放在了Co_2TiAl合金中具有磁性的Co原子上,很少关心其中非磁性Al原子的作用、Co_2TiAl合金的热力学性质、物态方程、化学键以及掺杂元素对Co_2TiAl合金电子结构的影响。在本论文中,我们将着重研究这些问题。 首先,基于密度泛函—广义梯度近似(GGA)和全势能线性缀加平面波理论(FLAPW),我们对X_2TiAl(X=Fe,Cu,Co,Ni)晶体的电子结构进行了研究,给出了过渡元素X和Al3p电子对X_2TiAl(X=Fe,Cu,Co,Ni)晶体的电子结构的影响。计算结果表明,对于X_2TiAl(X=Fe,Cu,Co,Ni)晶体,总的态密度不仅取决于元素的电负性的大小,而且也取决于过渡元素在晶格中的占位。过渡金属元素的d电子态不仅与表征晶体稳定性的赝隙有关,而且还与晶体中其它元素的价电子进行强烈地杂化。虽然Al3_P的态密度占所研究晶体的总的态密度的成分较小,但是,Al3_P的态密度分布范围较过渡元素的3d态密度分布范围广,且变化也较过渡元素的3d态敏感,对所研究的X_2TiAl(X=Fe,Cu,Co,Ni)晶体来说,总的态密度由Al3_P态调节。 其次,在没有相变的前提下,基于准谐德拜模型和第一性平面波赝势密度泛函理论对Co_2TiAl晶体的热力学性质和物态方程进行了研究。我们给出了晶格常数a、体弹模量B_0和体弹模量对压强的一阶导数B_0。计算了德拜温度(?)、晶格体积V和定容热容C_v的相对比以及体弹模量B、定容热容C_v、定压热容C_p和两者的差C_p-C_v随不同温度和压强的变化。计算结果表明,在低温情况下,定容热容C_v随温度的立方(T~3)变化,当温度高于800K时,随着温度的增加,定容热容C_v逼近杜隆-珀替极限。在给定温度下,体弹模量B随着压强的增加呈线性地增加,而在给定压强下,体弹模量B随着温度的增加呈线性地减少。在准确到二阶近似的基础上,我们给出了体弹模量B、德拜温度(?)随温度T变化的关系。计算结果还表明热膨胀系数α在低温情况下随T~3增加,在高于600K时,随着温度的增加,热膨胀系数α几乎呈线性增加。我们还给出了Co_2TiAl晶体的Gruneisen参数γ随温度和压强发生变化的关系:在高压时,Gruneisen参数γ几乎不随温度发生变化;在压强低于30GPa时,Gruneisen参数γ随温度的增大而增大,并且随压强的减小Gruneisen参数γ呈非线性增大,在此压强下,压强对Gruneisen参数γ的影响比温度大。计算得到的Co_2TiAl晶体的柏松比σ=0.246,比较接近0.25,表明原子间的相互作用力主要是中心力场。Co_2TiAl晶体不仅具有较大的剪切模量G,而且也具有较大的体弹模量B,表明其具有很强的抵抗塑性形变和断裂的能力。另外,我们还研究了Co_2TiAl晶体的电子结构对晶体的脆性和各向异性的影响。从G/B=0.6116的比值,我们得到了Co_2TiAl晶体属脆性合金。计算得到的[100]、[010]和[001]平面上的剪切各向异性因子A=1.769,说明分别在011与010方向之间、101与001方向之间以及110与010方向之间,弹性是各向异性的。 最后,我们采用广义梯度近似(GGA)和全势能线性缀加平面波理论(FLAPW),研究了掺杂元素X(X=C,Si和Zr)对Co_2TiAl晶体的晶格常数a、体弹模量B、键能和电荷密度的影响。掺杂元素X(X=C,Si和Zr)分别位于元素周期表中第二、第三、第五周期,元素C和Si通常被认为是使金属晶体硬化的溶剂,而元素Zr通常被认为是使金属晶体软化的溶剂。计算结果表明掺杂元素C、Si和Zr分别使晶体的晶格缩小1.794%,0.478%和0.137%。另外,掺杂元素X(X=C,Si和Zr)在对晶体的体弹模量的影响方面却表现不同。它们给出了两种截然不同的结果,计算结果表明掺杂元素Si和C分别使晶体的体弹模量增加1.1%和1.3%,相反,掺杂元素Zr使晶体的体弹模量减小0.56%。我们从化学键的角度研究了其中的化学键在金属间化合物Co_2TiAl、Co_2AlTi_(0.75)Zr_(0.25)、Co_2AlTi_(0.75)Si_(0.25)和Co_2AlTi_(0.75)C_(0.25)中的大小。在化学键Al-Co,Al-Ti,Co-Ti,Al-X和Co-X(X=C,Si and Zr))中,化学键Co-C的强度最大,Co-Si次之,Co-Zr最小。为了更好地理解这些性质,我们给出了所研究晶体Co_2TiAl、Co_2AlTi_(0.75)Zr_(0.25)、Co_2AlTi_(0.75)Si_(0.25)和Co_2AlTi_(0.75)C_(0.25)在相应[110]平面上的电荷密度图。结果显示Co_2TiAl和Co_2AlTi_(0.75)Zr_(0.25)晶体主要以金属键为主,从而具有比Co_2AlTi_(0.75)Si_(0.25)和Co_2AlTi_(0.75)C_(0.25)晶体小的体弹模量。相反,在Co_2AlTi_(0.75)Si_(0.25)和Co_2AlTi_(0.75)C_(0.25)晶体中除了拥有金属键以外,还具有明显方向性的共价键,在化学键Co-C和Co-Si中尤其突出。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O482

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2 刘文胜,黄伯云,周科朝,唐建成,顾松青;TiAl合金的结构特征与物理常数[J];材料导报;2000年09期
3 付宏志;彭枫;陈东;高涛;程新路;杨向东;;用第一性原理研究AlCu_2Ti晶体的电子结构(英文)[J];四川大学学报(自然科学版);2006年06期
4 ;有色金属工业“十五”规划[J];有色金属工业;2001年08期
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1 吴明在;孙兆奇;刘艳美;马永青;戴鹏;;简谐晶体高温比热的量子修正[J];合肥师范学院学报;2010年06期
2 谭京梅;;TiC增强颗粒在复合材料中的应用研究进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年04期
3 张铭,申江,何家文;TiN晶体弹性常数的第一性原理计算[J];兵器材料科学与工程;2000年05期
4 李殿凯,王兰,罗新民;A3钢表面浸镀扩散渗铝复合渗硼研究初探[J];兵器材料科学与工程;2004年01期
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8 喇培清;王利;程春杰;赵阳;杨洋;;反应物量对纳米晶Fe_3Al组织和性能的影响[J];微纳电子技术;2009年01期
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2 白埃民;何崇智;;单晶和强织构材料宏应力的X光衍射分析方法[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集[C];2011年
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5 魏寿庸;何瑜;祝瀑;;世界各国工业钛合金的成分、相组成与性能特征[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
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