C、N、O在α-Fe中扩散激活能的计算

采用第一性原理赝势平面波方法计算C、N、O在α-Fe中扩散激活能。首先,把间隙原子放入四面体或八面体间隙位置进行优化,得出C、N、O位于α-Fe的八面体间隙位置,然后利用LST/QST方法计算出扩散激活能,计算结果与文献报道的实验值吻合。

Ni-Te系统的扩散激活能和扩散系数研究

在Ni基底上电镀Te薄膜,然后在不同温度下对样品进行相同时间的真空热处理,经室温拉断后测得样品沿晶界断裂深度x。通过拟合ln(x2/t)与1/T的线性关系求出扩散激活能,得出中低温段Te在纯Ni中的晶界扩散系数,并对实验结果和计算进行了讨论。结果表明,在Ni表面镀Te条件下,随温度的升高,Ni的抗拉强度及延伸率急剧下降,试样断口上的沿晶断裂深度逐渐增大;计算得出Te沿纯Ni晶界扩散的激活能为152 kJ/mol,并得出在500℃到1 000℃之间的扩散系数表达式为:D=0.83×10-2exp(-18 360/T)cm2/s。

单轴拉应力下铝空位形成能和自扩散激活能的计算

运用第一原理平面波赝势和NEB(Nudged Elastic Band)过渡态搜索的方法计算应力作用下铝的自扩散激活能,并结合Flynn的原子迁移动力学理论,研究应力下铝自扩散的各向异性。研究结果表明:[100]方向的应力增大铝的空位形成能,在6%的应变下铝的空位形成能增大了18%。应力对铝自扩散激活能的影响在不同方向具有不同特征:随着应力的增大,铝的自扩散激活能在[011]方向上减小,在[101]方向上增大。应力对铝自扩散各向异性的影响在不同计算方法下有相同的趋势,但影响程度不同。在相同应力下,[011]和[101]2个方向自扩散激活能的差异在Flynn模型的计算结果中最大,考虑原子弛豫的Flynn模型的计算结果次之,第一性原理过渡态搜索的计算结果最小。

Mo原子表面扩散激活能的计算及Mo_2C膜成膜机理

应用Collins模型 ,计算了Mo原子表面扩散激活能 .根据实验结果 ,论证了如下结论 :在制备Mo2 C膜的过程中 ,Mo(CO) 6的变化遵从先被基底吸附 ,发生相变再进行级联式分解的两步机制 ;其成膜过程是Mo(CO) 6先分解 ,再由Mo碳化为Mo2 C成膜 .用Gibbs函数最小的原理 。

LS_I渗硼剂渗硼中硼的扩散激活能

通过对40钢经不同温度及时间渗硼后渗层层深的测定,根据公式ρ~2=K_0te^(-Q/RT)计算出硼的扩散激活能,为渗硼层形成机制的研究提供数据。

Cd在Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体中的有效扩散系数与扩散激活能

为了计算Cd在Cd0.9Zn0.1Te(CZT)晶体中的有效扩散系数DCd与扩散激活能QCd,利用Cd在CZT晶体中的扩散特性,设计了在不同Cd压下对CZT的退火实验,推导出了晶体电阻率与Cd有效扩散系数之间的函数关系,经过计算,首次获得了在1073K,973K和873K温度时Cd原子在CZT晶体中的有效扩散系数DCd,分别为1.464×10-10cm2/s,1.085×10-11cm2/s和4.167×10-13cm2/s。将扩散数据经过拟合后得到了Cd原子在CZT晶片中有效扩散系数的表达式:2.33×exp(–2.38eV/kT)(873K^1073K),其中扩散激活能QCd为2.38eV。

热退火中应变量子阱的扩散激活能的研究

进行了可用于太阳电池的应变量子阱的退火性质研究,并对传统数据分析方法进行了改进,提出一种新的应变量子阱热退火扩散激活能的拟合方法,理论与实验结果吻合较好。

电注入着色氟化钡晶体F色心的扩散激活能

在8组不同的温度和电压条件下,用自行设计的电注入实验装置对氟化钡晶体进行点阴极电注入着色。测试和分析了电注入着色前后氟化钡晶体的吸收光谱。研究结果表明:电注入着色后氟化钡晶体中产生了大量F色心。电注入过程中,F色心首先在阴极注入点附近产生,然后逐渐向阳极扩散。通过测试晶体着色深度并利用F色心迁移率与温度的关系确定出了电注入着色氟化钡晶体中F色心的扩散激活能。

形变20钢热浸镀铝中铝的扩散激活能

通过对变形量50％的20钢不同温度及时间的镀层层深的测定,根据公式ρ~2=k_0τe^(-Q/RT)计算出铝的扩散激活能。

熔盐脉冲电沉积渗硼扩散系数与扩散激活能的研究

选取NaCl-KCl-NaF-Na2B4O7摩尔比为2∶2∶1∶0.04的熔盐通过脉冲电沉积的方法在硅钢表面进行渗硼,通过测定不同沉积温度和沉积时间下的渗硼层厚度,求出熔盐脉冲电沉积渗硼过程中硼的扩散激活能和扩散常数。计算并验证了利用求得的扩散激活能、扩散常数和公式可以准确计算某一温度下熔盐脉冲电沉积过程中硼在硅钢中的扩散系数。与常规渗硼相比,脉冲电沉积渗硼的扩散激活能在数值上与其属于同一数量级,但扩散常数有所提高,进而有效提高了脉冲电沉积渗硼的扩散系数。

确定扩散激活能的新方法

提出了一种快速而精确地确定原子在金属内的扩散激活能的新方法,利用此方法得到氢原子在高纯无氧铜中的扩散激活能为2121卡/克分子。

SDAH13钢离子渗氮时氮的扩散激活能

研究新型热作模具钢SDAH13钢离子渗氮时氮的扩散激活能。对SDAH13钢在不同温度不同时间条件下进行离子氮化处理,通过渗层深度计算了SDAH13钢离子渗氮时氮的扩散激活能,并比较了铝对SDAH13钢离子渗氮和氮的扩散激活能的影响。结果表明：在相同条件下,含铝SDAH13钢渗氮层深度较薄,且氮在含铝SDAH13钢中的扩散激活能为164.0433 kJ/mol,比不含铝SDAH13钢高5 kJ/mol。

Fe/W扩散焊界面原子扩散行为分子动力学模拟

为研究扩散焊工艺参数对Fe/W界面原子扩散行为的影响,建立了Fe(100)/W(100)界面结构模型。采用分子动力学(MD)方法模拟了1123~1323 K下Fe/W界面处原子扩散,观察具体扩散情况并计算扩散系数。结果表明:Fe/W界面呈现明显的非对称扩散现象,主要为W原子向Fe原子中扩散,且模拟时间越长该现象越明显。径向分布函数(RDF)说明Fe侧原子整体排列有序度高于W侧。根据原子均方位移(MSD)曲线拟合得出原子扩散系数和扩散激活能,在1123~1323 K温度下,Fe、W原子在Fe/W界面的扩散激活能分别为1.326 eV和0.84156 eV,W原子在Fe晶格中扩散势能低于Fe原子在W晶格中扩散势能,更容易突破能垒发生扩散。扩散温度和压力升高可有效提升界面扩散层厚度。一定程度上提高界面粗糙度有利于界面扩散层厚度增长,但粗糙度过大也会影响界面焊合。扩散系数基础数据可为实际工业生产中低活化钢与面向第一壁材料钨的扩散连接界面组织调控提供理论依据。

利用MGI方法寻找锂离子扩散激活能的材料基因

锂离子电池的应用涉及了正负极和电解质等关键材料,材料中的锂离子扩散属于最核心的微观过程。通过实验测量和理论计算可以找到锂离子扩散激活能小的优秀材料,但是通过一个好的激活能参数,我们不能明确它的影响因素是什么,也无法实现优化现有材料和发现新的锂电材料的目的。本文利用材料基因组计划(MGI)的研究思路,利用第一性原理计算得到的40多种典型体系的激活能参数,结合能带结构特征的计算结果,并通过数据分析,明确了晶格结构中影响锂离子扩散激活能的因素,确定出价带宽度和价带中d电子轨道比例数等基因参数影响激活能的规律。这些结果反映了锂离子材料能带整体特征研究的必要性,也体现了MGI研究方法的优势和特点。

γ-Fe中氢扩散行为的第一性原理研究

不锈钢中氢脆问题一直是研究者们关注热点,然而至今为止,对于钢中合金元素及空位与H原子之间的作用机理依然不清晰.采用第一性原理方法研究了H原子在不同体系下γ-Fe(Fe8H、Fe7Cr/MoH、Fe7H)的扩散激活能、扩散系数以及扩散过渡态,对比了H原子在不同体系γ-Fe中的扩散难易程度,并从电子结构层次解释其相互作用.研究结果表明,空位的存在会改变H原子在γ-Fe中的扩散路径.在含空位的晶胞中H原子稳定存在于空位附近的近四面体间隙中,并沿空位附近的四面体间隙或八面体到四面体间隙路径扩散.γ-Fe中空位对H原子的影响是局域性的,一方面是捕获H原子的陷阱;另一方面降低了H原子的扩散激活能,促进H原子的扩散.而Cr/Mo的掺杂会降低空位对H原子的束缚,也会抑制H原子的扩散.

硅钢中Si原子对C原子扩散过程影响的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的第一性原理计算法探究硅钢内部C原子的扩散特性。首先,建立2×2×2的硅钢晶胞;其次,由过渡态搜索(CI-NEB)方法确定C原子在硅钢晶胞中的扩散方式,即C原子通过在第一邻近(Ⅰ)八面体间隙位置之间连续跳跃完成自身扩散;最后,通过设置不同C原子的扩散路径,计算得出C原子扩散激活能及扩散系数。研究结果表明:在硅钢中C原子的占位为八面体间隙位置,硅钢中的硅元素可以减小C原子的扩散激活能,增大C原子扩散系数,使得C原子在铁基合金中更容易发生扩散。综上可知,运用第一性原理探究合金中原子相互作用及扩散特性是准确且可行的。

钴镍原子扩散偶制备及互扩散性能分析综合实验设计

为了研究不同温度下钴镍(Co/Ni)扩散偶中原子的扩散行为,基于电子探针(EPMA)设计并搭建了对Co/Ni原子互扩散性能分析的综合实验平台。通过夹具法制备Co/Ni扩散偶,利用EPMA对其扩散层形貌进行微观分析,同时定量计算出不同扩散距离下Co/Ni原子的质量浓度信息;利用数据处理平台将EPMA检测出有关于Co/Ni扩散偶信息的各类数据进行归类整理;并用Matlab软件中的cftool工具箱完成对Co/Ni原子在不同距离下浓度曲线拟合,以及编写m函数,自适应地计算出不同温度下Co/Ni原子的扩散系数以及扩散激活能。实验表明,在Co/Ni二元扩散体系中,没有中间相的生成,扩散距离随温度变化明显,温度越高扩散距离越大,同时扩散系数也不断增加。

钎焊温度对BNi-2非晶钎料钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢组织和性能的影响

采用BNi-2非晶钎料成功钎焊了1Cr18Ni9Ti不锈钢,通过扫描电子显微镜及能谱仪对不同钎焊温度下钎焊接头的界面微观组织进行了表征及分析,并对钎焊接头的抗剪强度进行了测试,探究了钎焊温度对接头界面组织及力学性能的影响.结果表明钎焊接头的界面微观组织从钎缝中心到母材可以被分为3个区域,钎焊温度为1050℃时钎缝区主要为Ni基固溶体+Cr-B相,扩散区分布有Fe-Ni固溶体及细小条状的σ-FeCr相,晶间渗入区中奥氏体晶间处分布着σ-FeCr相及Cr-B相.随着钎焊温度的升高,B元素扩散速度不断加快,Cr-B相的晶间渗入程度加剧;钎缝中心的块状Cr-B相逐渐减小直至1150℃时消失,钎缝区组织均匀化.在温度的作用下,钎缝宽度呈现先减小后增大的趋势.而接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势;最大抗剪强度出现在1050℃时,约265 MPa;而接头的断裂形式主要以韧性断裂为主.利用阿伦尼乌斯方程得到了B原子的扩散活化能为8.18×10^(4)×nJ/mol,n为时间指数.

Ti-Mo二元合金在β相区的互扩散行为

将Ti-Mo纯金属组成扩散偶,在950～1050℃间研究Ti-Mo二元合金在β相区的互扩散行为。利用电子探针(EPMA)测定Ti-Mo扩散偶在扩散区中Mo元素浓度,建立浓度变化曲线,根据浓度曲线用DenBroeder方法计算该扩散偶在β相区的互扩散系数,用Hall方法计算富Mo侧和富Ti侧的互扩散系数。结果表明:互扩散系数与浓度之间存在较强烈的依赖关系;杂质扩散系数可通过Vignes-Birchenall公式获得,并与Hall方法获得的结果进行比较,这两种方法得到的结果比较接近;采用Arrhenius方程获得不同浓度下的扩散激活能和频率因子,二者的峰值均出现在Mo摩尔浓度约为35%处。

稀土对镀铝钢扩散层生长影响的研究

研究了热浸镀纯铝和稀土铝的20碳钢经扩散处理后的扩散层厚度增量随扩散时间的变化,并用电子探针测定了扩散层的稀土分布。对经850℃不同扩散时间处理后的试样测量扩散层厚度增量,将其代入化学热处理的基本经验公式,经一元线性回归处理,证明扩散层厚度增量随扩散时间的变化符合近似的抛物线关系。试验结果表明,稀土渗入了扩散层,并使渗速提高25%～30%,扩散激活能降低了7857·39J/mol。