bcc结构下二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制

采用第一性原理计算研究了体心立方(bcc)Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制,发现低温低浓度下的固溶软化行为由双扭结形核控制,由溶质原子直接引起双扭结形核势垒降低为固溶软化的本征机制,而由溶质原子对间隙原子清除减少双扭结形核为固溶软化的外部机制.分别计算了bcc Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)中反映双扭结形核势垒的原子行位移(ARD)能和堆垛层错(GSF)能.计算结果表明,仅Cr可微弱降低ARD和GSF能,而Co,Mo,W均引起ARD和GSF能升高,因此,依据固溶软化的本征机制,仅Cr引起固溶软化,而Co,Mo,W均引起固溶强化.Cr,Mo,W与周围Fe原子均为反铁磁相互作用,Co与Fe为铁磁相互作用.尽管铁磁/反铁磁相互作用与价电子数(电子构型)具有一定相关性,双扭结形核势垒并不与价电子数(电子构型)明显相关.进一步的计算表明,双扭结形核势垒与其结合能呈现正相关关系,Cr与Fe结合能减弱,因此双扭结形核势垒降低,而Co,Mo,W与Fe结合能增强,因此双扭结形核势垒升高.而结合能并未表现出与原子半径、电子数(电子构型)的明显相关性,因此,双扭结形核势垒并不与原子半径、电子数(电子构型)明显相关.依据本征机制,Co,Mo,W与Fe的结合能增强引起双扭结形核势垒升高,因此为固溶强化,其二元合金低温低浓度下的固溶软化行为无法用本征机制解释,需要考虑外部机制(如间隙C原子的作用),而Cr二元合金的固溶软化行为可能为本征机制.

超细金属和二元合金磁粉的制备及静态与动态磁性研究

利用多元醇方法制备了纳米金属及二元合金磁粉，XRD和TEM分析表明，所制超细金属磁粉粒径为50nm左右，其形状近似为球形，Co粉和Ni粉具有面心立方结构，而CoxNi1-x合金粉为固溶体或Co和Ni的fcc相混合物．用振动样品磁强计（VSM）对其进行了静态磁性能测试，当0≤x≤1（mol）时，比饱和磁化强度σs从18．8Am2／kg变化到128．8Am2／kg，而矫顽力Hc从14000A／m降至7520A／m，利用HP8510B在8．20～12．40GHz频率范围内对金属颗粒--环氧树脂复合材料的动态微波特性进行了测试，探讨了磁性能随化学组成等的变化关系．

二元合金热力学模型—Miedema模型

由于只需几个物性参数和设定常数,Miedema模型就能简单地计算二元合金液相或者固相的热力学数据,而且计算值与实验值吻合度较高,因而被广泛应用于二元合金热力学的计算。在介绍了该理论的物理模型的基础上详细阐述了Miedema半经验公式的推导以及物性参数和常数的确定,并对此模型的应用和误差做了客观的分析和总结。

基于枝晶粗化和反向扩散的二元合金微观偏析数学模型

基于典型微观控制单元体(通常指二次枝晶臂间距半长)内的溶质质量守恒关系,建立了适用于枝晶凝固方式的二元共晶/包晶合金微观偏析半解析数学模型,模型中充分考虑了固相反向扩散和枝晶结构粗化对液相溶质浓度的稀释效果。在引入适当的假设条件下,通过严格的数学推导,获得了模型的完整核心控制方程。在推导过程中应用了标准的粗化模型、二次方形式的固相溶质浓度分布以及抛物线固相生长方式等重要假设。其中,采用精度较高的四阶经典龙格—库塔数值微分方法,并结合具体的冷却条件,对模型的常微分核心控制方程进行数值计算。为验证所建微观偏析模型的合理性和适用性,本文针对Al-4.9%Cu二元共晶合金进行了模型研究,通过将本模型的计算结果与已有的实验测试数据以及其它特点各异的微观偏析半解析数学模型的预测结果进行对比分析,表明本文所建立的微观偏析半解析数学模型具有相对较高的预测精度和能力,其预测结果最为接近于实测值。

二元合金凝固微观模型的研究现状

基于对二元合金凝固过程宏观传输耦合数学模型中非平衡凝固路径和局部液相溶质浓度的确定,详细讨论了两种不同类型的微观凝固数学模型,即凝固动力学模型和凝固微观偏析模型,对其中的确定性凝固动力学模型和微观偏析半解析模型的研究现状分别进行了回顾,分别讨论了凝固动力学模型和微观偏析模型的主要影响因素,即过冷度和形核率以及固相反向扩散和枝晶结构粗化,对凝固微观模型在合金凝固过程耦合数值模拟中的应用价值及其未来的研究方向进行了阐述。

二元合金非等温凝固过程的相场法模拟

基于Ginzburg Landau理论 ,发展了一个新的相场模型。并利用该相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算 ,以Al 6.5Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程。研究了凝固潜热对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。结果表明 :潜热的释放在一定程度上抑制了枝晶的生长 ,使非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达 ,并且凝固界面的溶质浓度也会降低 ,但不会改变在枝晶生长过程中浓度分布情况。

碱金属二元合金的形成焓

根据合金组元原子半径不同引起的弹性畸变，运用Ｍｉｅｄｅｍａ理论系统地研究了碱金属元素为基元的二元合金金属间化合物和无序合金形成焓。计算结果表明，得到的形成焓同已有的由第一原理赝势处理方法得到的结果符合得很好。

贵金属二元合金相图研究的新进展和展望

对贵金属二元合金相图研究现状及其可靠性进行了全面的分析 ,把贵金属与周期表中各元素的相互作用分成连续固溶体、简单包晶型、简单共晶型、简单偏晶型、生成化合物的复杂体系和在固态和液态都不互溶的 6种类型 ,并把它们放在元素周期表中进行研究后 ,定性总结了它们的若干规律 ;评价了二元相图坐标的热力学表示原理 ;评价了二元相图的半经验计算法和中间相的IUPAC (国际理论化学和应用化学联合会 )和MSIT (国际材料科学组织 )表示法 ,强调半经验的热力学计算法比较成熟 ,而按第一原理的理论计算法尚处在快速发展中 ;

二元合金熔体组元活度计算式的改进

基于自由体积理论导出的超额构型熵和超额振动熵，结合 Ｍｉｅｄｅｍａ二元合金生成热模型，得出计算二元合金熔体活度的改进计算式，并对强相互作用体系，提出用校正因子来修正活度值的新方法该公式计算结果与实验值吻合良好。

二元合金相图实验装置的改进

二元合金相图的绘制是许多高校开设的物理化学实验之一,该实验的温度很难控制,其操作不便,实验数据误差大,该文采用温度控制仪对该实验温度进行了改进。

钴-钨二元合金镀层特性与防铜渗功能的研究

铜和铜合金饰品表面需镀金 ,由于铜扩散至镀金层表面 ,引起金层变色。本文提出以电镀钴钨二元合金镀层作为防铜渗层。实验表明 ,随着镀液中钨离子浓度的不同和电流密度的改变 ,钴钨合金镀层组成不同。当镀液中钨离子含量低 ,电流密度低时 ,镀层为晶态结构 ;当镀液中钨离子含量高 ,电流密度大时 ,镀层呈非晶态或混合微晶态结构。同时比较了在 40 0～ 80 0℃下 ,钴钨合金镀层与镍层、钴层的防铜渗能力。当温度低于 5 0 0℃时 ,钴钨合金镀层的防铜渗性能优于后二者。

铝硅二元合金的共生生长机制

观察分析了铝硅二元共晶合金的显微结构。发现在不同凝固条件下凝固的共晶硅形貌虽然有极显著的差别，但它们的基本结构是相同的——铝硅二元合金共生生长成共晶团；共晶团的核心部分基本上相同；共晶团的尺寸与冷却速度和变质处理有关。稀土元素主要富集在共晶团的周界处，促使晶体缺陷增多，导致分枝急剧增加，从而使共晶硅由各向异性生长特性转变为各向同性生长特性。

固态二元合金超额热力学函数的计算方法

基于Miedema二元合金生成热模型 ,结合自由体积理论 ,充分考虑超额熵 ,针对实际固态二元合金熔体 ,提出全浓度范围内的超额热力学函数的计算方法 ,分别推导出对有序、无序固态二元合金的全摩尔超额函数、偏摩尔超额函数、组元活度计算式·分别计算了固态无序合金Ag Au、有序合金Co Pt在 80 0K、1 2 73K温度下的各种超额热力学函数值 ,计算结果与实验值吻合良好·

ABS/St-co-NPMI二元合金研究

对 ABS/ St- co- NPMI二元合金体系的相容性进行了研究 ,动态力学扭辫分析 (TBA)、拉伸模量、拉伸强度和维卡耐热实验结果表明 ,该合金为部分相容体系。当体系内 St- co- NPMI的含量为 15 % (质量 )时 ,两组分相容性最佳 ,同时 ,合金的维卡温度比 ABS提高 10℃ ,拉伸强度基本相当的情况下 ,拉伸模量明显高于 ABS。

PF-LBM模型模拟强迫对流对二元合金枝晶生长的影响

建立一个耦合格子玻尔兹曼方法(LBM)与相场法的二维模型,以Al-Cu二元合金为例对强制对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行模拟.研究流动速度和各向异性系数对金属凝固过程中枝晶生长的影响.结果表明:对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快,流速增大会产生涡流,使下游枝晶也生长加速;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长,流场存在会增强各向异性强度对凝固过程枝晶生长的影响.

SQS二元合金设计的高通量方法和技术研究

自2011年6月美国提出"材料基因组计划"以来,构建集成的高通量材料计算平台和数据库平台以加快新材料的研发已成为重要的基础性工作。高通量材料计算平台MatCloud提供了一个集成的材料自动流程计算框架,旨在为新材料的设计和计算提供一套通用的方法和技术。二元合金设计涉及到批量结构建模、结构筛选和性质计算问题,为了支持目前在合金设计中应用较广的特殊准随机结构SQS方法,研发了支持基于SQS二元合金设计的高通量自动流程计算相关算法和插件,并在MatCloud平台上进行了实现。该插件支持基于SQS的二元合金结构建模,高通量筛选和性质计算。实现了ZrxTi(1-x)合金弹性模量的自动流程计算,取得了预先设定的效果,提升了计算性能,从而帮助加快二元合金设计。

几种热力学模型应用于二元合金中各组元活度计算的研究

目前,大量二元系合金的活度计算模型得以广泛应用。本文以正规溶液模型,Miedema模型,MIVM,NRTL方程和Wilson方程作为研究模型,将各个模型所需参数进行统计,结果表明:NRTL方程和正规溶液模型所需参数最少,Miedema模型和MIVM所需参数较多,Wilson方程所需参数介于上述模型之间。通过计算Bi-Pb、Bi-Sn、Cd-Pb和Pb-Sn四个二元体系在全成分下的活度及相应活度的平均偏差S,得出:预测效果最好的是NRTL方程;Miedema模型的预测效果较差,其他模型的预测效果介于NRTL方程和Miedema模型之间。

二元合金相图实验数据的自动采集与处理

研究将微型计算机控制技术应用于物理化学实验中，使用微型计算机自动采集、显示和分析合金样品的温度数据，绘制步冷曲线和相图，实现了二元合金相图实验数据的自动采集与处理。

二元合金非平衡凝固溶质分配的统计模型

本文用非平衡统计理论研究二元合金凝固时界面的溶质分配，得到了一般情况下溶质分配系数K与时间t的函数关系。当t→∞时，K就成为平衡溶质分配系数K0，在t大于热平衡弛豫时间ξ、小于结构平衡弛豫时间ξ0的时间区间内，K对K0的偏离随过热度ΔT的增大而增大，与实验结果一致。

铁基二元合金非晶形成范围的理论研究

运用Miedema理论计算得到的不同结构的形成焓,结合Alonso等人提出的关于非晶形成范围的理论模型,对二十八个铁基二元合金系统的非晶形成范围进行了系统的研究,并与用机械合金化方法得到的二元合金非晶态形成范围的实验结果进行了比较,结果表明,理论预言的结果与实验结果符合得比较好.说明现在的模型在预测二元合金非晶形成范围上是合适的.