L12型Al3Sc基金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

本文采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L1₂型Al₃Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明：Al₃Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置；L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物(M=Y、Ti、Zr和Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物均满足力学稳定性条件。M为Y时,L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降；M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L1₂-Al₃(Sc_0.75M_0.25)金属间化合物的塑性和韧性达到最好。     

L12型Co3Ti基金属间化合物有序化行为的热力学研究

采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了L12结构的Co3Ti基金属间化合物中元素的占位有序化行为。结果表明,Co3Ti化学计量比合金呈现完全有序化;对于xCo/xTi为3:1的Co72Ti24M4合金,第3合金组元M为Si或Ta时,M与Ti共同占据1a位置,M为Cu、Ni、Pd、Rh、V或W时,M与Co占据3c位置,而当M为Al、Cr、Ge、Mn、Sc或Y时,M在1a和3c位置的占位分数相同,这些元素的占位行为均不受温度影响;而当M为Fe、Hf、Mo、Nb、Ru和Zr的占位情况随温度发生变化。随原子核外层电子的增加,原子占位逐渐倾向于从1a亚晶格转向3c位置。亦预测了xCo/xTi偏离3:1的部分合金的占位分数随合金成分和温度的变化细节,预测结果与文献进行了比较,并澄清了文献上的分歧     

α-(Al,Cr,Fe)_2O_3相稳定性和力学性能的第一性原理计算

采用第一性原理分别对α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相晶胞体积、结合能、态密度和力学性能的变化进行计算。研究表明:α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3四元相的晶胞体积随着Fe原子置换数量的增加而缓慢增大,α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相晶胞的体积随着Fe原子数量的增加而迅速减小;相结合能结果显示,α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相均为稳定结构,其中α-Al_2O_3相的结合能最低,随着置换原子种类和数量的增加,结合能增大,相稳定性下降;当Fe元素原子数量占金属元素总原子数0～3 at.%时,α-(Al_(0.75-x) Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相的硬度、H/E和H3/E*2较α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3相有明显提升,但均低于α-Al_2O_3相,仅α-(Al0.63Cr_(0.25)Fe0.12)_2O_3相的H/E和H~3/E~(*2)值高于α-Al_2O_3相。     

含Sc铝合金中Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))第二相粒子研究进展

介绍了多元体系下含Sc铝合金中Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))第二相粒子的研究进展。Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))第二相粒子是含Sc铝合金性能得以提升的关键。Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))相在凝固时作为晶粒非均质形核中心,使枝晶影响被弱化或消除,铸态晶粒获得细化;Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))还会在铝合金热变形和热处理过程中弥散析出,从而抑制再结晶晶粒的形核与长大,使合金的再结晶温度得以提升,并钉扎位错和亚晶界,阻碍位错移动和亚晶界迁移与合并,从而提高合金强度等。多元合金体系下,Al_3(Sc_x,M_(1-x))粒子的形核长大过程比Al_3Sc粒子复杂得多,在绝大多数情况下很难简单套用LSW模型进行理论预测。并对Al_3(Sc_x,M_(1-x))粒子的形核长大研究方法进行了总结,其中计算方法是研究Al_3Sc/Al_3(Sc_x,M_(1-x))第二相粒子形核长大的一种行之有效的方法。     

烧结温度对(Al_3Ti+Al_3Zr)增强铝基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金原位合成法制备Al_3Ti、Al_3Zr金属间化合物增强铝基复合材料。采用X射线衍射、扫描电镜、光学显微镜、硬度测试和抗拉强度测试,研究烧结温度对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,在铝基体中生成了金属间化合物Al_3Ti和Al_3Zr增强相;随烧结温度从700℃上升到900℃,复合材料的硬度(HV)从85.7提高到118.1;经800℃烧结制备的复合材料表现出了较好的抗拉强度(140.71MPa)和屈服强度(40.5MPa)。     

Ti53Cu15Ni18.5Al7M3Si3B0.5(M=Zr,Hf, Sc) 高强度块体金属玻璃的制备及其性能

用铜模铸造法制备出直径为2．5mm的多组元Ti53Cu15Ni18．5Al7M3Si3B0．5(M=Zr,Hf,Sc)金属玻璃棒材．DSC和压缩应力应变测试结果表明：合金具有较高的热稳定性和优异的力学性能．其中Tis3Cu15Ni18．5Al7Zr3Si3B0．5合金的Tg,Tx和△Tx分别为703,765和62K;Ti53Cu15Ni18．5Al7Sc3Si3B0．5合金压缩断裂强度高达2325MPa,压缩变形量达1．6％,Young’s模量118GPa。     

M_2SiC(MAX)相(M=Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W)结构、电子特性、弹性和热性能的第一性原理计算（英文）

研究M_2SiC相的结构、电子特性、弹性和热性能(M为3d,4d和5d前过渡金属)。分析Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W价电子浓度(VEC)对这些性能的影响。每个系列金属在VEC值约为8.5时弹性常数C44达到饱和。Hf-s、Ta-s和W-s电子主要在费米能级对态密度有贡献,可用于传导性能计算。M=Ti,V和Cr系列金属在VEC值为8.5时畸变最小(遵循抛物线变化),而其他金属的变形随着VEC值的增大和k_c/k_a因子的减小而增大。M_2SiC的主要特征是在(1010)剪切面具有强烈的各向异性。除W_2SiC外,沿该方向的可压缩性比沿锥面方向的可压缩性高。     

L1_2-Co_3X(X=Ti,Ta,Al,W,V)点缺陷结构的理论计算

运用第一性原理赝势平面波方法,研究了L1_2-Co_3X(X=Ti,Ta,Al,W,V)金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构。通过对相应合金中两种组元原子的空位和反位点缺陷结构形成热与结合能的计算与比较,分析了L1_2-Co_3X(X=Ti,Ta,Al,W,V)金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式。结果表明,L1_2-Co_3X(X=Ti,Ta,Al,W,V)金属间化合物的点缺陷结构与L1_2-Ni_3Al合金保持一致,主要是Co原子晶格以及X原子晶格上出现反位缺陷。基于晶体总电子态密度结构信息的分析,很好地验证了上述计算结果。     

A-15型Nb_3(Al,Ge)中长程有序的讨论

对Kitchingman等人提出的A-15型Nb_3(Al_(0.75)Ge_(0.25))化合物的可能的有序结构进行了讨论。对一些可能的有序结构给出了正确的X射线结构因子,并指出Kitchingman等人的结论是值得怀疑的。     

Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金中初生Al_3(Sc,Zr)相的形成和组织细化

采用金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)以及背散射电子衍射(EBSD),研究了含0.2%Zr和0.6%Sc的Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金中初生Al_3 (Sc,Zr)相的形成及其细化合金铸态组织的机制。结果表明:Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金熔体在凝固过程中析出了初生Al_3(Sc,Zr)相,由于其与基体的结构和生长取向相近,作为非均匀形核的核心使合金组织显著细化,并使合金铸态组织从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶。初生Al_3(Sc,Zr)相以α-Al为核心生长,形成了"α-Al+Al_3(Sc,Zr)+α-Al+Al_3(Sc,Zr)+…"的偶数层共晶结构。     

过渡元素掺杂NiTi合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统的计算了3d、4d和5d过渡元素掺杂的Ni Ti合金晶格参数、形成能、弹性常数和电荷密度,探讨了合金元素的占位倾向以及对马氏体相变温度的影响。计算结果表明,V、Cr、Mn、Fe、Co、Pd、Cu各族元素倾向于占据Ni位;Sc、Y、Zr、Hf倾向于占据Ti位。V、Cr、Mn、Fe、Co各族元素和Pd、Pt取代Ni,V、Cr、Mn、Fe各族取代Ti能够不同程度的降低NiTi合金的相变温度M_s;Hf、Zr、Au、Ag取代Ni以及Sc、Y、Hf、Zr取代Ti为能够升高NiTi合金的相变温度M_s;Cu取代Ni则基本不改变NiTi合金的相变温度M_s。这些结果与实验结果一致,进而从微观角度解释了合金元素对相变温度的影响规律。     

超声处理对Al-0.4Zr合金中生成的初生Al_3Zr金属间化合物的影响（英文）

通过在Al-0.4Zr合金凝固过程中外加超声场研究超声处理对Al_3Zr金属间化合物形成的影响。超声处理分别采用在凝固过程中的3个温度区间:830~790°C(高于液相线)、790~750°C(横跨液相线)和750~710°C(低于液相线)。超声处理后利用扫描电子显微镜对铸态合金中生成的Al_3Zr金属间化合物的尺寸和形貌进行分析观测。结果显示,超声处理后Al_3Zr金属间化合物的尺寸显著减小而且形貌也从流星镖状转变成细小片状。讨论Al_3Zr金属间化合物超声细化机理。结果表明,超声处理高于液相线时形成的细化效果主要是由于空化气泡激发氧化铝颗粒成为Al_3Zr金属间化合物形核质点从而提高形核率;超声处理低于液相线时形成的细化效果主要是由于空化气泡打断生长中的Al_3Zr金属间化合物。     

基于Miedema模型Al3X(Sc, Er, Zr, Li)点缺陷形成焓的计算

运用Miedema模型研究了Al3X(Sc,Er,Zr,Li)金属间化合物的形成焓,并结合点缺陷形成理论计算了Al3X空位和反位缺陷的形成焓。结果表明Al-Sc和Al-Er系形成焓较为接近,说明Sc和Er在Al中性质相近。Al-X(Sc,Er,Li)二元化合物中X原子的空位形成焓高于Al原子的空位形成焓,表明Al-X系二元化合物更易形成Al空位。Al3Er反位缺陷形成焓最大,Al3Zr和Al3Sc居中,Al3Li最小。Al3Sc、Al3Er和Al3Zr易于出现空位和反位两类缺陷共存的情形,而Al3Li反位缺陷形成焓明显小于空位形成焓,因而更易形成反位缺陷。     

Ti、Sc对Al-Mg-Zr合金组织和力学性能的影响

通过向Al-Mg-Zr合金中单独及复合添加微量的Ti、Sc元素,研究了Ti、Sc微合金化对Al-Mg-Zr合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,在Al-Mg-Zr合金中单独添加0.15%的Ti能显著细化合金的铸态组织,使合金的力学性能得到明显提高。复合添加0.15%的Ti和0.2%的Sc时,细化效果更加显著,合金的平均晶粒尺寸仅为43μm,抗拉强度和伸长率分别提高了约70%和16.4%。原因是Ti、Sc复合添加形成了Al3Ti、Al3Sc、Al3(Ti,Zr)、Al3(Sc,Zr)和Al3(Sc,Ti)等多种金属间化合物相,共同充当形核质点,细化了合金组织。     

Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金的重熔组织和力学性能研究

制备了Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金,并对该铝合金进行了4次重熔。利用SEM、EDS、XRD等技术研究了重熔对合金组织和力学性能的影响。结果表明:重熔前,Ti、Zr、Sc与Al反应形成了多层塔状的Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)初生相,作为形核质点,细化了基体组织。随着重熔次数增加,晶粒尺寸增大,尺寸均匀性降低,该初生相晶粒细化效果逐渐减弱,合金力学性能降低。这归因于多次重熔后熔体内有效形核质点数量减少,塔状Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)形核质点粗化,并变为碎块状。     

Al-RE(La,Y)合金相稳定性与固溶度的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了Al-La与Al-Y二元合金中金属间化合物的基态特征,在此基础上,研究了稀土La与Y元素在Al中的溶解度,并计算了稀土铝合金中优先析出相的弹性模量。结果表明,Al-La和Al-Y过饱和固溶体中,优先析出相分别为Al_(11)La_3(IMMM)和Al_3Y(R-3M),且最稳定相均为Al_2RE金属间化合物。对于含有微量稀土元素的铝合金在实验中常见的优先析出相,Al_3Y(R-3M)较Al_3Y(PM-3M)和Al_(11)La_3(IMMM)具有更好的稳定性和强化效果。La和Y在Al中的溶解度计算结果显示,与La相比,Y在Al中具有较高的溶解度。     

等离子喷涂超高温热障涂层用纳米结构La2(Zr0.75Ce0.25)2O7球形喂料的研究

目的通过纳米粉体造粒技术制备出适合热喷涂超高温用纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料,进而采用热喷涂方法制备出纳米结构的热障涂层,以满足下一代热障涂层服役温度需求。方法以化学共沉淀法合成的纳米La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7粉末为原料,通过球磨、喷雾干燥及热处理工艺制备出纳米结构的La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料,进而采用大气等离子喷涂方法制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7热障涂层。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对原始纳米粉体、纳米喂料及喷涂态涂层进行显微形貌和组织结构分析。此外,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对制备的纳米喂料进行成分分析。结果制备出的纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料表面光滑、呈球形,成分与化学计量比基本一致。相对于原始纳米粉末,喂料晶粒长大并不显著。喷涂态涂层部分晶粒长大,但仍保留纳米结构。结论成功制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料及纳米结构热障涂层,有望作为下一代超高温热障涂层材料。     

D0_(19)-Ti_3Al中点缺陷浓度与相互作用的第一性原理研究

采用Wagner-Schottky点缺陷热力学模型和第一性原理平面波赝势方法,计算研究了D019-Ti3Al金属间化合物中空位和反位2种类型点缺陷的形成焓、平衡浓度及相互作用。结果表明,这些缺陷的平衡浓度均随温度升高而增大,反位缺陷浓度均高于空位缺陷,Ti原子空位的浓度高于Al原子空位。在理想化学计量比成分下,Ti原子反位与Al原子反位缺陷浓度基本相当;在略偏离计量比的富Ti成分端,Ti原子的反位缺陷浓度高于Al原子;在富Al成分端则情形相反。计算结果表明,3种点缺陷对(Al_(Ti)-Ti_(Al)、Ti_(Al)-Ti_(Al)、V_(Al)-Al_(Ti))在基体中具有较强的聚集趋势,而其它类型的点缺陷对则有向基体扩散的趋势。     

原位合成(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料的制备研究

通过对Al-TiO_2-SiO_2体系混合粉末固-液原位合成制备出了(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜等方法观察分析了其物相和显微组织形貌.结果表明:原位反应制备的(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料,金属间化合物增强相Al_3Ti均匀分布于基体,陶瓷相Al_2O_3颗粒非常细小,弥散分布于基体中,使材料的硬度等性能得到提高.     

ThMn12型金属间化合物NdFe10-xCoxMo2有序化行为的热力学研究

从合金热力学的角度,采用四亚晶格热力学模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了具有ThMn12原型结构的NdFe10-xCoxMo2金属间化合物中元素的占位有序化行为。结果表明,NdFe10-xCoxMo2系列合金中稀土原子Nd占据2a亚晶格,Mo占据50%的8i亚晶格,Fe和Co原子共同占据8f、8j和剩余50%的8i亚晶格,与实验结果相吻合。在三元合金中,Fe和Co原子的占位分数在8f和8j亚晶格上随温度变化不发生改变。而在四元合金中,由于Fe和Co原子在8f和8j亚晶格上局部固溶更有利于体系稳定,Fe和Co原子的占位分数在8f和8j亚晶格上随温度变化而发生变化。Co原子部分取代Fe原子而不影响体系的占位有序化行为。Fe与Co等成分的NdFe5Co5Mo2合金中Fe原子微弱趋向于占据8f亚晶格,而Co原子则微弱趋向于占据8j亚晶格。