合金化對α-Nb5Si3性能的影響：第一性原理計算與實驗研究.pdf

1、Nb5Si3具有高熔點,適中的密度,高的高溫強度及良好的抗蠕變性能等優(yōu)點,成為高溫結(jié)構(gòu)材料研究的重點,然而Nb5Si3室溫脆性大,嚴重阻礙了其實用化進程,因而如何提高Nb5Si3的室溫韌性成為近年來的研究熱點之一。本文分別從理論計算和實驗研究兩個方向研究了合金化對α-Nb5Si3性能的影響。
　　采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法,通過比較形成能(Eform)、價電子濃度(VEC)、彈性常數(shù)(Cij)、剪切模量(G)與

2、體模量(B)的比值(G/B)以及派-納力(τP-N)等參量的變化,研究了Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo和W合金化對D81結(jié)構(gòu)的α-Nb5Si3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學性能的影響。研究表明:Ti、V、Cr、Mo和W原子優(yōu)先占據(jù)α-Nb5Si3密排面上的Nb4c原子位置,Zr和Hf原子優(yōu)先占據(jù)疏松面上的Nb16l原子位置。添加不同含量合金化元素的α-Nb5Si3仍保持穩(wěn)定的D81結(jié)構(gòu)。Ti合金化導致α-Nb5Si3的脆性增大;而Zr、Hf、V、C

3、r、Mo和W合金化有助于提高α-Nb5Si3的韌性,其中Cr、Mo和W合金化對α-Nb5Si3的韌化作用更明顯。此外,態(tài)密度(DOS)、差分電荷密度和Mulliken布居數(shù)等電子結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果表明:Ti合金化導致α-Nb5Si3脆性增強是因為Si8h-Nb16l和Si4a-Nb16l鍵強的增大;V、Cr、Mo和W合金元素對α-Nb5Si3的韌化作用取決于Si8h-Nb16l共價鍵的減弱;雖然Zr和Hf均優(yōu)先占據(jù)α-Nb5Si3中Nb16

4、l原子位置,且總態(tài)密度圖的變化趨勢一致,但合金化后對α-Nb5Si3中各價鍵的成鍵強度影響不同,對α-Nb5Si3的韌化機制不同,Zr合金化是通過形成鍵強較弱的Si-Zr16l共價鍵,而Hf是通過削弱Si-Nb16l共價鍵的強度。
　　采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)在TC4鈦合金表面制備了Nb5-xCrxSi3(x=0,0.5)納米晶涂層,壓痕和電化學腐蝕測試結(jié)果表明Cr合金化有助于改善α-Nb5Si3的斷裂韌性和耐腐蝕性能。結(jié)合第