Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物的电子结构和力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物Mg2Si,Mg2Ca,Al2Ca以及Si2Ca四相的形成焓,结合能,弹性常数及态密度。形成焓和结合能的计算结果表明:Al2Ca的合金化能力最强,Si2Ca相的结构最稳定;体模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(ν)的计算结果表明:四相均为脆性相,且Mg2Si相的塑性最差,结合弹性模量和态密度分析,得出Mg2Ca的塑性最好;态密度和Mulliken布居分析表明:四相中均存在离子键和共价键,共价键由强到弱顺序为Si2Ca,Al2Ca,Mg2Si,Mg2Ca;而离子键强弱顺序按Mg2Si,Al2Ca,Si2Ca,Mg2Ca依次递减;而Si2Ca最稳定的原因是其共价键比其他三相更强。     

Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法优化Mg-Er合金体系中MgEr、Mg2Er和Mg24Er5这3种金属间化合物的结构模型,通过形成热、结合能和电子结构的计算分析了化合物的稳定性与其晶体结构的内在联系。结果表明:3种Mg-Er金属间化合物的形成热和结合能均为负值,化合物的形成能力和稳定性均随着化合物中Er含量的降低而降低。在费米能级低能级区域,Mg的3s、2p轨道与Er的4f、5d轨道发生重叠,产生了轨道杂化;在费米能级高能级区域,Mg的2p轨道与Er的5d轨道也存在少量的杂化。随着化合物中Er含量的降低,化合物中平均每个原子在费米能级低能级处的成键电子数减少,化合物的稳定性降低。在Mg、Er原子周围均有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Er之间的电子云只有部分重叠,交界处电荷的畸变不大。Mg-Er金属间化合物的价键结合具有金属键和共价键两重性,其中金属键占主导地位。Mg、Er原子的电荷转移量随化合物中Er含量降低而减少,化合物的共价键性降低,稳定性下降。     

Al_2Sr和Mg2sr相结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP和DMOL程序软件包,计算了Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr柏的结构稳定性、弹性性能和电子结构.合金形成热和结合能的计算结果显示,Al_2Sr具有最强的合金化形成能力和结构稳定性.Gibbs自由能的计算结果表明,随着温度的升高,Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr的结构稳定性发生了变化,在实际工作温度高于423 K以上时,Al_2Sr的结构稳定性最好,Sr合金化Mg-Al基合金形成Al_2Sr有利于提高镁合金的高温抗蠕变性能.体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(v)的计算结果表明,Mg2Sr为延性相,而Mg_(17)Al_(12)和Al_2Sr为脆性相,Mg_2Sr的塑性最好.态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明,Al_2Sr结构最稳定的原因主要源于体系存在强烈的共价键作用,而Mg_(17)Al_(12)结构隐定性优于Mg_2Sr是体系中离子键与共价键共同作用的结果.     

Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

Cu6Sn5和Ni3Sn4结构性能的第一原理计算

基于密度泛函理论的第一原理,计算了锡基无铅焊点界面常见的金属间化合物Cu6Sn5和Ni3Sn4的平衡晶格常数、合金形成焓以及弹性常数,分析了结构稳定的电子机制.结果表明,Cu6Sn5较Ni3Sn4合金形成能负,因此Cu6Sn5在热力学上更稳定,其合金化能力也较强.在力学性能方面,两相均属脆性相,表现出弹性各向异性,而Ni3Sn4的键合作用较强,弹性模量、剪切模量均大于Cu6Sn5,但Cu6Sn5表现出更好的塑性.从电子结构的角度,Cu6Sn5的成键主要来自于Cu原子d,p轨道与Sn原子p杂化,而Ni原子d轨道与Sn原子p轨道的强烈杂化作用是Ni3Sn4成键的主要原因.     

掺Cu的RECo_5型金属间化合物电子结构

基于合金元素的晶位占据特性,本文提出了一个用于研究非磁性元素Cu作用机制的模型体系,计算了它们的电子结构。结果表明:Cu置换2c晶位Co导致体系能谱向浅势阱移动,能隙减小,原子间电荷重新分布,并产生了新的由杂质贡献的态;分波局域态密度给出了体系中各原子间的轨道相互作用。对Hellmman-Feynman力的分析表明:Cu置换2c晶位Co显著降低了体系的热膨胀各向异性。     

Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算EI北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti-Ni合金系中TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的平衡晶格常数、生成焓、内聚能、力学性质、德拜温度和电子结构。计算结果表明:TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物均具有热力学稳定性且容易合金化生成,合金形成能力由强到弱的排序为TiNi_3、TiNi、Ti_2Ni;3种金属间化合物的晶体结构在能量上和力学上都是稳定的,结构稳定性由大到小排序依次为Ti_2Ni、TiNi、TiNi_3;TiNi和Ti_2Ni为延性相(延展性Ti_2Ni大于TiNi的),TiNi_3的延展性较差;3d电子是TiNi、Ti_2Ni和TiNi_3金属间化合物的最主要的成键电子,在这3种金属间化合物中,随着Ni相对含量的增加,平均成键电子数增多,共价键的比例增加,化学键的强度增强,金属性减弱,从而使得其弹性模量、硬度和德拜温度均逐渐升高。     

Co-Sc金属间化合物物性参数和结构稳定性北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论的第一性原理法对Co-Sc体系中Co Sc、Co2Sc和Co Sc2化合物的热力学参数、电子结构和弹性性质进行计算,分析了3种化合物结构的稳定性和力学性能。结果表明:3种化合物Co Sc、Co2Sc和Co Sc2形成能分别是-0.54、-0.51和-0.36 e V,结合能分别为-6.08、-6.07和-5.56 e V。热力学能均是负值,3种化合物能稳定存在。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2费米能级分别为0.6、7.8和8.1 e V,Co Sc在费米能级处的电子能量最小稳定性最好。态密度图分析3种化合物都是金属间化合物。Co Sc的Co(p)、(d)轨道和Sc(p)、(d)轨道电子明显重叠,发生了强烈的杂化作用。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2体积模量分别为2.7、172.1和59.3 GPa,Co2Sc有最强的抵抗体积变化特性。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2剪切模量分别为72.7、70.1和20.9GPa,Co Sc的刚度相对较强。Co Sc的B/G<1.75为脆性材料,而Co2Sc、Co Sc2的B/G分别为2.46、2.84为塑性材料。     

Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能第一原理计算

采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能。结果显示:DI3型结构Al4Ca为延性相,C15型结构Al2Ca与C14型结构Mg2Ca为脆性相,C15型结构Al2Ca塑性最差;采用弹性常数计算结果预测的Al2Ca熔点与实验值很接近,误差仅为4.06%;而不同温度下热力学性能的计算结果表明,在298.15~425K温度范围内,Al2Ca的Gibbs自由能最小,对应其相结构的热稳定性最好;而Al4Ca次之,Mg2Ca最差;随着温度的升高,Mg2Ca的Gibbs自由能下降最快,对应结构的热稳定性增强也最快;在525K以上时,Mg2Ca的结构热稳定性最好,其次是Al2Ca,而Al4Ca最差。     

熔模铸造ZA93镁合金的化学镀镍工艺研究

以熔模铸造Mg-9 mass%Zn-3 mass%Al（ZA93）镁合金为基底,分别研究碘离子、乳酸和氟化氢铵对化学镀镍的镀液稳定性和镀层沉积速度的影响规律及其反应机理,并在此基础上优化了镀液配方。用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDX）和X射线衍射（XRD）等方法对优化镀液中试镀得到的Ni-P镀层的显微组织、相结构以及元素组成进行了分析。结果表明,碘离子与氟化氢铵在一定浓度范围内,可以同时提高镀液的稳定性和镀层沉积速度,但乳酸对镀液的影响机制较为复杂。优化配方镀液的稳定性相对原镀液有了明显的提高,同时保持了较高的镀速,得到的镀层组织均匀、致密和结合良好,为非晶态结构。     

搅拌摩擦焊接参数对ZK60镁合金接头微观组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊接方法对6 mm厚的挤压态ZK60镁合金板材进行焊接.在广泛的焊接参数(600-1200 r/min的旋转速率和50-200 mm/min的焊接速度)下,均得到了高质量的焊接接头.在焊接工具的搅拌和摩擦热的联合作用下,在焊核区形成了细小、均匀的再结晶晶粒,同时MgZn2粒子被破碎并大部分固溶入镁基体.对于ZK60镁合金,MgZn2粒子的弥散强化作用高于晶粒细化的作用,因而焊核区的硬度低于母材,拉伸时接头在焊核区发生断裂.在低热输入焊接参数(≤800 r/min)下,随焊接参数的变化,焊核区晶粒尺寸、焊接接头的抗拉和屈服强度及延伸率变化较小.在高热输入焊接参数(1200 r/min)下,焊核区晶粒明显变大,接头的抗拉和屈服强度略有下降.对焊接接头进行人工时效后,不同热输入条件下得到的焊接接头的强度和延伸率都有明显提高.     

Sn对镁合金显微组织和力学性能的影响

研究了Ｓｎ对镁合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,纯镁中加入Ｓｎ后能使纯镁铸锭中粗大的柱状晶转化为均匀的等轴晶,并有效地细化晶粒,同时在显微组织中形成具有立方Ｃ１结构的Ｍｇ２Ｓｎ颗粒相。由于Ｍｇ２Ｓｎ颗粒相显微硬度和熔点高,热稳定性好,因而对基体具有有效的弥散强化作用,提高了ＭｇＳｎ二元合金的室温及高温强度。在Ｍｇ９Ａｌ０．８Ｚｎ基合金中加入少量的Ｓｎ便能有效地提高合金的耐热性,而加入过多的Ｓｎ反而会导致合金高温强度下降。     

微弧氧化对AZ91D镁合金力学性能的影响

利用扫描电镜观察AZ91D镁合金微弧氧化膜形貌,通过静拉伸试验和疲劳试验研究微弧氧化后AZ91D镁合金试件的抗拉强度和疲劳性能,借助体视显微镜和扫描电镜观察疲劳断口形貌。结果表明,微弧氧化陶瓷膜内层致密,具有良好的韧性,并且与基体结合强度高,微弧氧化处理对 AZ91D镁合金的抗拉强度没有影响。微弧氧化处理后,在均值S_m=4.72 kN、幅值S_a=3.15 kN、应力比R=0.2、载荷为等幅谱及频率为10 Hz疲劳试验条件下,AZ91D 镁合金的平均疲劳寿命为54148次循环,与化学氧化处理相当。     

AZ31镁合金薄板的CO2激光焊接接头性能

采用CO2激光焊接试验系统对AZ31镁合金薄板进行了焊接,研究了不同工艺条件下焊缝熔宽的变化,并对焊接接头的微观组织和接头性能进行了研究.试验结果表明,激光功率和焊接速度对焊缝熔宽有较大的影响.显微硬度测试和接头拉伸试验结果表明:焊接接头区域的显微硬度和抗拉强度都高于母材,焊接接头具有良好的力学性能.接头区域的晶粒细化和新的合金相的形成是接头性能改善的主要原因.     

冷加工和热处理对Nb及Nb合金弹性性能的影响

研究了冷加工和热处理对Nb及两种Nb基弹性合金弹性性能(包括弹性极限、弹性模量以及弹模温度系数)的影响。试验结果表明:(1)Nb—2Mo—2Zr—1Ti单相合金回复态弹性极限较冷轧态及再结晶态的皆高。时效硬化型合金Nb—40Ti—5.5Al,尽管冷轧态弹性极限较低,但经时效处理,弹性极限增加较多,而弹性模量只有少量变化,从而储能比(σ_?~2/E)大大增加(2)强烈冷变形态及再结晶态纯Nb弹性模量随温度变化(E—T)关系皆存在反常升高现象。强烈冷变形态Nb经600℃,4h处理,(回复态),E—T反常关系消失;而再结晶Nb经600℃,4h处理,反常关系不起变化。本文还讨论了无磁性的Nb弹性反常机理。     

INFLUENCE OF COLD-WORKING AND HEAT TREATING ON ELASTIC PROPERTIES OF Nb AND Nb-BASE ALLOYS

The elastic limit of single-phase alloy Nb-2Mo-2Zr-1Ti is higher as recovered state incomparison with as cold-rolled or recrystallized one.For Nb-40Ti-5.5AI alloy ofage-hardening type,the elastic limit is lower as cold-rolled state,but increases considerablyafter proper aging.However,its elastic modulus changes no more,so the stored-energy(σ_e~2/E)may raise significantly.The temperature dependence on elastic modulus for pureNb as intensely cold-worked or recrystallized state is anomalous.This anomaly may disap-pear after recovered treatment of intensely cold-worked state at 600℃ for 4 h.and maychange no more after that of recrystallized state.The anomalous behaviour of elasticity wasalso discussed on the non-magnetic Nb.     

固溶和时效对压铸AZ91HP合金力学性能的影响

与压铸Ｍｇ合金试样ＡＺ９１ＨＰ－Ｆ相比,压铸后经固溶处理的Ｍｇ合金ＡＺ９１ＨＰ－５４的硬度和屈服强度降低,延伸率,抗拉强度显著提高,抗拉强度与屈服强度比由压铸态的１．５９上升至２．１６。固溶处理后再经时效处理的Ｍｇ合金ＡＺ９１－ＨＰ－Ｔ６的延伸率稍微降低,屈服强度和抗拉强度则显著提高,平均硬度值由压铸态的ＨＢ７４上升至ＨＢ９８。     

镁合金AZ91HP表面激光重熔Al2O3涂层的组织及性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在AZ91HP镁合金表面制备了Al2O3陶瓷涂层.结果表明,由于受激光作用区温度场分布、陶瓷材料热物性参数和涂层厚度等因素的综合影响,激光重熔Al2O3涂层呈现出明显的分层结构特征.依据组织结构不同,可将其分为:由α-Al2O3柱状晶构成的表面熔凝区、具有团絮状形貌特征的烧结区以及保持原喷涂态结构特征的残留等离子喷涂层.由于激光重熔陶瓷涂层表面单相α-Al2O3柱状晶的形成,使其硬度及耐磨、耐蚀性均明显优于等离子喷涂Al2O3涂层和原始镁合金.