合金元素改善鋁化物室溫塑性的第一性原理計算.pdf

1、金屬間化合物按照金屬鍵與共價鍵共存的形式結(jié)合，具有長程有序的超點陣結(jié)構(gòu)，使它們具有許多特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，例如，獨特的電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)、電子發(fā)射性質(zhì)、催化性質(zhì)、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和高溫強度等。但是金屬間化合物的室溫脆性極大地限制了它作為高溫結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。實驗證明，合金化是提高金屬間化合物室溫塑性的有效手段，但其微觀機理人們目前并不清楚。近年來，隨著計算機技術(shù)和計算材料科學(xué)的發(fā)展，基于密度泛函理論的第一原

2、理計算被廣泛應(yīng)用于探索材料學(xué)的微觀機理。 本文用密度泛函理論（DFT）中的廣義梯度近似（GGA）方法對NiAl和y-TiAl合金化模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，根據(jù)合金化體系的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、重疊布居數(shù)和電荷密度分布等計算結(jié)果研究了合金化對鋁化物性能的影響機理。結(jié)果表明，NiAl和γ-TiAl體系中p、d極化鍵的形成阻礙了晶格的滑移，導(dǎo)致了晶體的脆性。能夠改善NiAl和γ-TiAl室溫塑性的合金化元素可以有效的減弱Ni原子與Al原子和T

3、i原子與Al原值之間的p、d極化鍵的影響，使電荷分布均勻。在低合金比的情況下，NiAl體系中置換入Fe原子，提高了NiAl單晶的塑性，而在高合金比的情況下，加劇了NiAl金屬間化合物的室溫脆性。取代Al原子位置并且能夠較好改善γ-TiAl的合金元素，應(yīng)具有一定的d帶空軌道，并且電負(fù)性（）i滿足0<（）。取代Ti原子位置的合金元素影響γ-TiAl電子分布的能力與取代Al位的原子相比較弱。V、Cr、Mn、Fe、Mo能夠較好的改善γ-TiAl