杂质浓度对Zr替位掺杂γ-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

以Zr替代Ti(或Al)掺杂γ-Ti Al体系为研究对象,掺杂浓度(摩尔比)分别为1/54,1/36,1/24和1/16.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了Zr掺杂γ-TiAl体系的晶体结构及其稳定性、延性和电子性质等.结果显示,Zr替位掺杂,可以改变γ-TiAl基合金的结构对称性.计算的形成能表明,Zr替代Ti原子会使体系的形成能降低,而Zr替代Al原子会使体系的形成能增加.因而,在掺入γ-TiAl时,Zr更倾向于替代Ti原子,但是Zr替代Al原子也具有一定的可能性,从而会产生多样的掺杂体系,对于改善合金的性质具有重要意义.对各个体系轴比的计算与分析表明,当掺杂浓度为1.85 at%—6.25 at%时,Zr替代Al原子会使体系的轴比减小、接近于1,从而改善合金的延性效果明显.能带结构显示各个Zr掺杂γ-TiAl体系均具有金属导电性.对电子态密度和布居数的分析表明,Zr替代Al原子后,Zr与其邻近Ti原子的共价键结合强度大为降低,导致合金体系中的Ti—Al(Zr)键的平均强度明显减弱,金属键增强,这是改善γ-TiAl合金延性的重要因素.

Mn掺杂浓度对γ-TiAl合金延性影响理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用Materials Studio 6.0中的CASTEP模块对不同浓度的过渡金属元素Mn替位掺杂γ-TiAl得到的8个合金体系的原子平均形成能、晶格参量及轴比、弹性模量和重叠布居数等进行了计算分析。原子平均形成能的计算结果表明,各掺杂体系的形成能均为负值,表明其均可稳定存在,同时Mn原子占据Al原子位置得到的掺杂体系原子平均形成能更低,说明Mn原子倾向于替代Al原子;对晶胞轴比和弹性模量的计算分析表明,Mn掺杂能够提高合金的延性,以Ti12Al11Mn体系效果最为明显;重叠布居数的计算结果表明,Mn原子的掺入减弱了体系内共价键的各向异性程度,从化学键的角度解释了掺杂体系延性得到改善的机理。

一种利用CATIA软件对球面进行快速展开的方法

球面展开是球面加工的重要一环,在球形浮空器等软质球面工业制品的加工制造中至关重要。本文提供了一种利用CATIA软件中的创成式曲面设计模块将球面展开成若干等份瓣状裁片且精确度高的方法。

基于无压力调节小型系留气球安全性分析

系留气球的安全性是评估系留气球优越性重要考核指标,同时系留气球结构重量有效控制是系留气球设计追求目标。本文主要针对小型系留气球,采用无压力调节设计技术手段,有效控制系留气球结构重量,提高小型系留气球性能后所带来的安全性影响进行理论分析,根据理论分析结果结合试验验证情况,得出准确掌握系留气球初始充氦量情况下,采用无压力调节设计技术小型系留气球安全性能得以保证,对小型系留气球的良好发展具有重要意义。

浅谈载人系留气球系留点位置选择

载人系留气球系留点位置是否正确选择,是评价载人系留气球设计成功的关键。本文针对载人系留气球工作原理,及载人系留气球系留点位置选择的意义进行论述,提炼出三种影响载人系留气球系留点位置选择影响因素,并对这三种影响因素给出指导性意见,为载人系留气球的设计提供技术支持,对提升载人系留气球的操作性及安全性意义重大。

La和Zr双掺杂γ-TiAl基合金延性与电子性质的第一性原理研究

以密度泛函平面波赝势方法为基础,计算研究了16个La和(或)Zr替代掺杂γ-TiAl体系(S_1,S_2,S_3,S_4,S_(51)~S_(55),S_(61)~S_(65),S_7和S_8)的结构与性质。对平均形成能的计算分析表明,它们均有较好的能量稳定性;根据弹性常量和Born-Huang判据预测,除S_(61)外,15个掺杂体系均具有力学稳定性,预报它们是可以实际制备并稳定存在的。通过对比各体系的弹性模量比,发现La和Zr双掺杂体系的延性(特别是S_(51),S_(52),S_(63)和S_(64))明显改善,且双掺杂体系的延性与杂质原子的相对位置关系不大。布居数、电荷密度分布计算和分析揭示,La和Zr双掺杂γ-TiAl体系各向同性程度提高、延性改善的原因在于体系中Ti 4s→3d,Al 3s→3p电荷转移明显减少、自由电子数量增多,导致p-d轨道杂化作用减弱,Al(La,Zr)-Ti共价键数量减少和Ti-Ti共价键结合强度显著增强,化学键Al-Al,Ti-Ti和Al-Ti的强度明显趋同、金属性增强。