锰、铌对TiAl金属间化合物的电子结构及脆性的影响

采用“固体与分子经验电子理论”计算了Mn，Nb合金化对TiAl价电子结构参数的影响，并在此基础上分析了Mn，Nb合金化对TiAl合金脆性的影响。结果表明：在TiAl晶胞中，Ti，Al原子的杂阶分别为13，4，共价电子在总价电子中所占比例为78．8％；加入Mn后，Ti，Al和Mn的杂阶分别为12，4和11，共价电子在总价电子中所占比例为73．87％，TiAl合金键合的共价成分降低，因而Mn的加入可以改善。TiAl的脆性；而Nb加入后Ti，Al和Nb的杂阶分别为12，4和7，共价电子在总价电子中所占比例为79．2％，TiAl键合的共价成分有所提高，从而Nb的加入可能进一步降低TiAl的延性。     

含间隙元素Ti-Al合金的熔点及同素异型转变温度计算

应用固体与分子经验电子理论的平均晶胞和平均原子模型分析计算了间隙元素对ＴｉＡｌ合金价电子结构的影响,同时根据该理论的键能公式计算了间隙元素影响下的熔点及同素异型转变温度变化。间隙元素提高了合金元素的原子杂价,引起键结构各向异性严重,导致熔点降低。     

Al-Zn合金GP区的价电子结构分析

运用固体经验电子理论(EET)计算了Al-Zn合金GP区的价电子结构。计算结果表明，由于GP区晶胞的最强键上的共价电子数远比纯Al晶胞的最强键共价电子数多，M原子与Zn原子形成较强的共价键，因此，在Al-Zn合金中即使以较快的速度淬火，也容易在淬火过程中形成GP区。由于GP区的共价键络较强，使得合金硬度在GP区一开始形成时就稳步地提升，合金的硬度到中间相形成时达到最大值.     

Mg-Zr合金固溶体的价电子结构分析

基于固体与分子经验电子理论(EET),分析了Mg-Zr合金固溶体的价电子结构,计算了表征合金力学性能的价电子结构参数(VESP)最强共价键上共用电子对数统计值(n'A),晶胞中可能存在的原子状态组数(σN),相界面上共价电子密度差统计值(Δρ')及相界面中可能存在的原子状态组数(σ)。结果表明:Mg-Zr合金固溶体晶胞的最强共价键上共用电子对数统计值(n'_A~(Mg-Zr))值为0.12984,明显大于纯Mg中对应的数值(0.10991),相应的原子状态组数σ_N~(Mg-Zr)(9)σ_N~(Mg)(1),表明Zr元素固溶产生了显著的固溶强化效果。而合金固溶体中各相界面上共价电子密度差统计值的关系为Δρ'~(Mg/Mg-Zr)=16.5541Δρ'~(Mg-Zr/Mg-Zr)=3.8673Δρ'~(Mg/Mg)=0,相应的的原子状态组数σ_(Mg-Zr/Mg-Zr)=45σ_(Mg/Mg-Zr)=9σ_(Mg/Mg)=1;Δρ'值的增大,说明合金元素Zr的加入提高了基体界面的应力,使该处的位错密度增加,因此界面和基体被强化了;而σ值的增多,表明Zr的溶入促使合金固溶体中含Zr晶胞界面上的电子密度连续性增强,导致错位的运动能力增强,使合金的塑性提高,降低了应力腐蚀敏感性。合金元素Zr使Mg-Zr合金固溶体的n'A值增大,Δρ'值提高,σ值上升,是固溶强化和界面强化综合作用的结果。     

Ti-Al系电子结构及Mn掺杂对TiAl_3室温脆性的影响

以Ti-Al的3个化合物相(Ti3Al、TiAl和TiAl3)及Ti3Al8Mn为对象,采用密度泛函的赝势平面波法,在优化驰豫的基础上计算其电子结构和弹性模量,系统分析成分对各相电子结构的变化及脆性的影响。结果表明:Al含量逐步增多导致Al2p—Ti3d成键并抑制Ti—Ti键,使共价键以及成键的各向异性增强,因而使合金脆性增大;Mn替代Al位掺杂后,可减少Al—Al共价键,抑制Al2p—Ti3d成键并增强Mn与Ti的3d电子层杂化程度,降低由Al—Al共价键和Al2p—Ti3d杂化键形成所带来的键的空间各向异性和高位错能垒,进而改善合金的室温脆性。     

Al-Fe-Si合金基体及强化相Al12(Fe,X)3Si价电子结构分析

基于EET理论,计算了Al-Fe-Si合金基体与强化相Al12Fe3Si,Al12(Fe,X)3Si的价电子结构,探讨了价电子结构与合金强化、合金相稳定性的关系及合金元素X对强化相稳定性的影响.结果表明:与基体α-Al相比,强化相Al12Fe3Si,Al12(Fe,X)3Si的n(A)值分别增强了248%,208%～231%,位错运动阻力分别增大2.48倍和2.08～2.31倍,从合金相价电子结构参数n(A)看,溶质原子固溶强化作用弱于析出相的强化作用;合金元素V,Cr,W,Mo,Mn的加入改变了Al12FeSi的价电子结构,使其原子状态组数σ(N)增加了2个数量级,使合金相的稳定性增强,进而延缓了粗化速度;V,Cr,W,Mo,Mn对Al12Fe3Si相稳定性影响的强弱顺序为Cr(Mn)→W(Mo)→V.     

Al-Er二元合金的价电子结构与固溶度研究

利用固体与分子经验电子理论(EET),计算分析了Al-Er合金的价电子结构。计算了不同温度下Er在基体铝中的平衡固溶度,同时结合界面前的溶质原子再分配原理,研究了在凝固过程中溶质原子Er的分配问题。结果表明:在Al3Er晶胞中最强Al-Er共价键的共价电子数为0.35798,表明Al-Er之间存在强烈的相互作用,在合金凝固过程中存在较大的形成金属间化合物Al3Er的趋势。固溶体中3种晶胞中最强键键能的关系为:EErEAl-ErEAl。因此Er元素的加入可以提高Al基体的结合强度,从而提高合金的抗高温性能。Er在基体铝中平衡固溶度很低,共晶温度928K下铒的固溶度仅为0.017%,平衡分配系数K约为0.00281,运用sheil模型计算表明当铒含量很低的情况下,凝固过程溶体中也会存在较大的成分过冷,随着凝固过程的进行,固液界面铒原子偏聚与铝结合生成Al3Er,起到异质形核的作用,细化了铸态晶粒组织。     

金属化合物TiAl的价电子结构和形成热

本文用经验电子理论的键距差方法对金属间化合物TiAl的共价电子数n_c、晶格电子数n_1以及共价电子数与总价电子数之此η进行了计算。结果表明:晶体的形成热和脆性等与n_c,n_1或η密切相关。η值越大,晶体的强度越高,也越脆。这样便可说明为什么TiAl化合物很脆,根本不能冷形变。还表明,通过热处理等手段降低TiAl金属化合物的有序度,适量加入某些使轴比c/a增加的第三种元素可使TiAl韧性得到改善。     

Cu-Zn合金固溶强化的电子理论研究

基于固体与分子经验电子理论(EET),采用平均原子模型计算了质量分数为4%,10%,15%,20%,25%.30%,32%Cu-Zn合金相结构单元的价电子结构参数统计值n<,A>＇,△ρ＇,利用n＇A,△ρ＇计算了表征合金强化效果的固溶强化系数S<'Cu-Zn>和界面强化系数S<'Cu-Zn/Cu-Zn>,它们的数值分别为0.9925,1.0054,1.0437,1.0868,1.1055,1.1205,1.1208和7.6579,8.5444,10.6675,11.8616,12.4737,10.3345,9.5809,并通过两个强化系数讨论了合金元素Zn对Cu-Zn合金固溶强化、界面强化及合金强度出现拐点现象的影响.结果表明,S<'Cu-Zn>值越大,合金固溶强化效果越强;S<'Cn-Zn/Cu-Zn>值越大,合金的相界面应力越高,抵抗变形能力越强,界面强化效果越好.当zn含量小于25%时,S<'Cu-Zn>,S<'CU-Zn/Cu-Zn>值均随溶质的增加而单调递增,合金强度的变化趋势与S<'Cu-Zn>,S<'Cu-Zn/Cu-Zn>值变化相同;当ZN含量大于25%时,随着Zn含量增加,S<'Cu-Zn>值增势变缓,S<'Cu-Zn/Cu-Zn>值急剧下降,但S<'Cu-Zn/Cu-Zn>值降低较S<'Cu-Zu>值增加趋势大,它们综合作用表现为合金强度降低.S<'Cu-Zn/Cu-Zu>共同决定着合金的强化效果,它们的数值愈大,合金强化作用愈强.     

Sm_2Fe_(17)的价电子结构及性能研究

依据固体与分子经验电子理论(empirical electron theory, EET),利用键距差(BLD)法,计算了Sm_2Fe_(17)晶体的价电子结构与理论键能、结合能。将由Sm_2Fe_(17)的晶体结构数据得到的19种实验键距值, Sm, Fe原子状态杂化参数输入根据键距差法编制的程序,运行并筛选输出结果得到Sm_2Fe_(17)的价电子结构。Sm_2Fe_(17)的价电子分布表明:Sm_2Fe_(17)晶胞中Sm原子处于B种杂化第一阶,晶格电子数为1; Fe原子处于C种杂化第九阶,晶格电子数为0.0322;总的共价电子数为165.000。通过计算, Sm_2Fe_(17)晶体中第α=1的Fe-Fe键能最大,E_1=262.6832 kJ·mol~(-1),是晶体熔化时需要破坏的主干键络, Sm_2Fe_(17)的理论结合能为39030.0175 kJ·mol~(-1),因此使Sm_2Fe_(17)相熔化需要较多的能量,这些是SmFe合金宏观熔点比较高的主要原因;第α=19的Sm-Sm键能最小,E_(19)=1.5563 kJ·mol~(-1),其晶体结构被破坏时需要的能量很小,这是SmFe合金高温下易产生Sm原子氧化、挥发的主要原因;Sm_2Fe_(17)晶体中晶格电子总数较少且分布不均是SmFe合金产生脆性的主要原因。