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稀土三元合金热力学性质的EAM研究

师宏伟  
【摘要】:稀土合金具有重要的应用价值,因此稀土合金性质的研究对开发稀土合金具有重要的意义。目前由于实验上的困难,稀土合金的相图还不完备,尤其是稀土合金的热力学数据还相当缺乏,而这些数据是研究相图不可缺少的。因此,从理论上预测稀土合金的热力学性质显得尤为重要。最早由美国科学家Daw和Baskes提出的嵌入原子方法(EAM)理论,经过不断地发展和完善,已经成功地应用于对金属及合金热力学性质的模拟。本文运用欧阳义芳等人提出的普适分析型EAM理论(GAEAM(general analytic embedded atom method)),通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积弹性模量等物理量,确定了铝(Al)、铈(Ce)、钍(Th)和镱(Yb)四个元素的嵌入原子参数。对于Ce-Th-Yb合金系统,采用Johnson的合金势的形式来描述不同元素之间的相互作用,首次计算了具有fcc结构的Ce,Th和Yb所构成的三个二元系统Th-Ce,Th-Yb和Ce-Yb以及一个三元系统Th-Ce-Yb的无序合金形成焓及它们形成的Th-Ce,Ce-Th,Th-Yb,Yb-Th,Ce-Yb和Yb-Ce六种二元合金的稀溶解热。对于Al-Ce-Yb系统,通过拟合金属间化合物Al_2Ce以及Al_2Yb的形成焓,确定了合金势中的待定参数,计算了由Al,Ce和Yb构成的二元无序合金的形成焓以及合金稀溶解热,二元金属间化合物(AlCe,Al_2Ce,AlCe_3,Al_2Yb,Al_3Yb)的晶格常数,弹性常数,结合能和形成焓等,计算结果与已有的实验数据以及其他作者的理论计算结果相吻合,计算的热力学性质为进一步研究稀土合金相图和开发新的稀土材料提供了理论依据。


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