幾種典型金屬材料的彈性性能與電子功函數(shù)的關(guān)聯(lián).pdf

1、彈性性能作為最基本的力學(xué)性能之一,它不僅是人們加工和使用金屬材料所必需的力學(xué)參數(shù),而且在理解其它物理性能方面起著重要的作用。彈性模量反映了原子間的相互作用勢,與金屬的本征原子和電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān),從而可以聯(lián)系到金屬材料的眾多性能,如密排度、過冷液體脆性、延性和韌性等。功函數(shù)作為最基本的電子參數(shù),反映了固體內(nèi)部的價電子濃度、化學(xué)勢等電子結(jié)構(gòu)信息。因此,研究金屬材料彈性模量和電子功函數(shù)之間的關(guān)系具有重要意義。本論文采用了開爾文探針測試和第一性

2、原理計算的方法,針對固溶體鈦合金、金屬玻璃和B2相金屬間化合物等特殊彈性用途合金,以及彈性變形影響金屬功函數(shù)的現(xiàn)象中所存在的問題進(jìn)行了研究。主要工作如下:
　　一、研究了金屬材料塊體屬性與功函數(shù)的關(guān)系。金屬元素的功函數(shù)呈現(xiàn)出元素周期律;固溶體鈦合金的功函數(shù)隨元素成分變化大致成線性關(guān)系,而鈦鋁金屬間化合物的功函數(shù)高于鈦金屬,這歸因于價電子濃度的差別和電子軌道的雜化;非晶態(tài)合金的功函數(shù)可用混合定律來描述,但少量成分改變對功函數(shù)影響較小

3、。結(jié)果表明這些金屬材料的功函數(shù)具有體屬性,可通過改變體結(jié)構(gòu)來對其進(jìn)行調(diào)控。
　　二、研究了不同變形條件下銅、鈦及鋁銅等金屬材料電子功函數(shù)的變化情況,發(fā)現(xiàn)拉應(yīng)變使其功函數(shù)下降,壓應(yīng)變則反之,且只有垂直表面法向的變形才能有效地改變功函數(shù);純金屬的功函數(shù)隨體積相對變化量成線性變化規(guī)律,并可以用經(jīng)典的電子理論來進(jìn)行描述,而合金則不顯現(xiàn)出此關(guān)系;密排面上的功函數(shù)對應(yīng)變的響應(yīng)更為敏感。此結(jié)果對金屬表面屬性的應(yīng)變工程具有指導(dǎo)意義。
　　三

4、、利用晶格能量模型,發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)晶體的彈性模量與功函數(shù)是可以相關(guān)聯(lián)的。這種關(guān)聯(lián)存在于固溶鈦合金中,其歸因于功函數(shù)是合金的整體“電負(fù)性”,并取決于價電子濃度等參數(shù)。非晶態(tài)合金的泊松比與功函數(shù)也存在明顯的相關(guān)性,從而可將功函數(shù)聯(lián)系到其室溫塑/脆性能,這種關(guān)系可用能量勢壘和結(jié)合剪切轉(zhuǎn)變區(qū)理論來解釋。上述關(guān)聯(lián)為低彈性模量鈦合金和高室溫塑性非晶態(tài)合金的成份設(shè)計提供了新的依據(jù)。
　　四、計算了142種B2相金屬間化合物體系的極端泊松比,發(fā)現(xiàn)7