不同错配度下Zr对Ni-Ni_3Al体系中O占位行为的影响

Zr能增强Ni_3Al高温合金的延展性,同时能提高其抗氧化性,但是Zr在高温合金中的抗氧化机理仍未有定论。为此,使用第一原理计算方法,研究不同错配度下Zr对Ni-Ni_3Al合金体系中O占位行为的影响,探究Ni-Ni_3Al合金体系中Zr的抗氧化机制。结果表明:Zr的添加有利于提高O在Ni-Ni_3Al体系内的稳定性,但不影响O对富Ni和宽松区域的偏聚倾向;Ni相中Zr对O的稳定作用受错配度的影响不大,而Ni_3Al相中Zr对O的稳定作用受错配度影响,由有利变为有害,并导致O偏聚到Ni_3Al相中无Zr或富Ni的区域。

过渡金属元素在L1_0-TiAl中占位行为的热力学研究

从合金热力学的角度,采用一种普适化的三亚晶格热力学模型,辅助以第一性原理总能计算的方法,研究了常用于添加在L10-TiAl基金属间化合物中的12种过渡族金属元素的占位行为随Ti/Al比和温度的变化情况。结果表明,在1173 K,合金化元素含量固定为2%(原子分数),Ti/Al比从0.6增加至1.4时,Ti和Al本身具有很强的占位有序性。当温度固定为1173 K,Ti/Al比从0.6增加至1.4时,合金化元素按其占位行为可以分为两大类,其中,V,Ta,Mo,Mn,Cr,Zn和W元素随Ti/Al比的增加,其占位行为在Ti/Al=1附近出现了从占Ti位到Al位的突变;Zr,Nb,Tc,Co和Ag元素的占位行为随Ti/Al比变化没有明显变化。当Ti/Al=1,合金体系固定为Ti0.49Al0.49M0.02,温度从200 K增加至2000 K时,合金化元素按其占位行为同样可以分为两大类,其中,V,Ta,Mo,Tc,Co,Mn,Cr,Zn和W元素随温度升高,其占位行为从完全无序转变为具有明显的占位倾向性;Zr,Nb和Ag元素的占位行为随温度升高没有显著变化。比较表明,Ti/Al比对合金化元素占位行为的影响大于温度的影响。该结果与大部分文献报道的实验和计算结果吻合。

A_xMn_(1-x)Fe_2O_4铁氧体(A=Zn,Ni)中阳离子的占位有序化行为研究

基于尖晶石晶体结构信息,本文采用热力学三亚晶格模型,将材料热力学计算和第一性原理计算相结合,研究了Zn_xMn_(1-x) Fe_2O_4和Ni_xMn_(1-x)Fe_2O_4立方相中的Zn^(2+)、Ni^(2+)、Mn^(2+)以及Fe^(3+)在8a和16d亚晶格上的占位有序化行为。结果表明:在锰铁氧体中,室温下Mn^(2+)完全占据在8a亚晶格上,Fe^(3+)完全占据在16d亚晶格上,属于正尖晶石结构;随着热处理温度升高,在1 273 K达到热处理平衡时的占位构型为(Fe^(3+)0.09Mn^(2+)0.91)[Fe^(3+)1.91Mn^(2+)0.09]O_4,在热处理温度升至1 473 K时,达到热处理平衡时的占位构型为(Fe^(3+)0.11Mn^(2+)0.89)[Fe^(3+)1.89Mn^(2+)0.11]O_4,均与实验结果符合较好。在锌铁氧体中,室温下Zn^(2+)完全占据在8a亚晶格上,Fe^(3+)完全占据在16d亚晶格上,属于正尖晶石结构;在热处理温度较高时,Zn^(2+)和Fe^(3+)发生部分置换,符合实验结果。在镍铁氧体中,半数的Fe^(3+)在室温下占据在8a亚晶格上,Ni^(2+)与剩下另一半的Fe^(3+)共同占据在16d亚晶格上,仅在热处理温度较高的时候发生微弱变化,亦与已有的实验结果吻合。在此基础上,本文进一步通过热力学模型研究了立方相尖晶石结构的Zn_xMn_(1-x)Fe_2O_4、Ni_xMn_(1-x)Fe_2O_4复合体系中阳离子占位行为与热处理温度对占位的影响规律。

三元硅酸盐玻璃相中Al^(3+)离子结构状态的MAS NMR谱研究

采用魔角旋转核磁共振谱 (MASNMR)技术对CaO Al2 O3 SiO2 三元铝硅酸盐玻璃 (简称CAS)中Al3+离子的占位进行了系统的定量研究 ,获得下列结论 :1 .Al3+在硅酸盐熔体中 ,大部分进入四面体替代 [SiO4]4- 中的Si,成为网络形成子 .另有小部分Al3+在网络骨架之间 ,以六配位、五配位和其他配位形式成为网络的修饰子 .2 .设 η =N(Al3+IV) /N(ΣAl) ,即考察区域内 ,四配位Al3+离子数与全部Al3+离子数之比 .设γ =N(ΣAl) /N(ΣSi) ,即考察区域内全部Al3+离子数与全部Si4+离子数之比 .则单位四面体的非桥氧数 (Onb/T)与 η成反比 .对于不同的γ值 ,Onb/T下降的速率不同 .γ值越大 ,下降的速率也越大 .

Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25)(M=Ti,Y,Zr,Hf)金属间化合物有序化行为和力学性能的第一性原理计算

采用亚晶格模型,辅助以第一性原理总能计算,研究了Ll_2型Al_3Sc基金属间化合物中元素的占位有序化行为和力学性能。结果表明:Al_3Sc合金呈现完全有序化,其中Al占据3c亚晶格位置,Sc占据1a亚晶格位置;L1_2-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物(M=Y.Ti,Zr,Hf)也呈现完全有序化,第三组元M均只占据1a亚晶格位置,这些元素的占位行为均不受温度的影响。L12-A1_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物均满足力学稳定性条件。当M为Y时,L12-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物的剪切模量、体弹模量和杨氏模量和硬度下降;当M为Ti、Zr或Hf时,随着原子半径增大,剪切模量、体弹模量、杨氏模量和硬度逐渐降低,其中Ti的加入可使L12-Al_3(Sc_(0.75)M_(0.25))金属间化合物的塑性和韧性达到最好。

Y_2Fe_(17-x)Cr_x的结构和居里温度

利用准第一原理原子间相互作用势对Y_2Fe_(17-x)Cr_x的结构进行了原子级模拟。并研究了Cr原子在Y_2Fe_(17)结构中的择优占位行为,结果表明Cr原子择优占据4f,12j晶位。在Cr原子择优代位的基础上,详细计算了Y_2Fe_(17-x)Cr_x的晶体结构,原子晶位和晶格常数,这些都与实验结果吻合很好。进一步计算了弛豫结构的态密度,并利用自旋波理论对居里温度的先升后降的行为进行定性解释。上述结果表明了第一原理原子间相互作用势在研究此类化合物的有效性。