手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

NiAl金属间化合物力学性质B,P合金化效应的计算研究

刘友成

  B2结构NiAl具有高熔点、密度小、导热性好、高温抗氧化性能好等优点,被人们视为用来替代现有Ni基合金的一种理想的航空材料,但NiAl的实际应用却受到金属间化合物本身室温塑、韧性较差的限制。为了改善NiAl金属间化合物的室温脆性,国内外科研人员分别在合金化、细化晶粒等方面开展了大量的研究工作,本文根据现有的实验结果,选取B2-NiAl作为研究对象,根据NiAl的微观结构、物理性质与宏观性能等建立了分析B2-NiAl本征力学性质相对应的物理量,采用第一原理基于虚拟晶体势函数(VCA)近似,计算研究了NiAl金属间化合物力学性质的合金化效应,研究结果期望为高温结构材料性能的优化设计提供理论指导。 计算了NiAl金属间化合物的平衡晶格常数、结合能、合金形成热、态密度和能带,发现平衡晶格常数、合金形成热、弹性常数的计算值与实验值和他人计算结果基本吻合。 计算了B元素在NiAl合金中的占位情况。从晶体结构优化的结果来看,B占据四面体间隙的γ位置,在结构优化后,B原子倾向到八面体间隙的α位置,由此可以确定B原子合金化后占据尺寸较小的八面体间隙;B合金化后三种位置的形成热与结合能非常结近,从电荷集居数、电荷密度、晶格畸变量及晶体结构优化的结果来看,B原子占据八面体间隙的α位置的可能性较大;计算了B元素合金化前后NiAl合金的电子结构与力学性质,发现B元素合金化降低了NiAl的硬度,但提高延性。 计算了P元素在NiAl合金中的五种掺杂位置。从合金能量学的角度来看,P原子占据间隙位置的可能性较小,容易以原子置换的形式存在。从晶格畸变量来看,P原子占据三种间隙位置,相对于P置换Ni或Al原子位置,晶胞体积变动量要大得多,由此可见P置换Ni或Al原子时,合金化体系的能量低,体系趋于稳定。 计算分析了P元素合金化浓度(浓度x≤6.25%)的变化对NiAl合金力学性能的影响。发现P合金化浓度在0.125%(均为原子百分比)附近,B2-NiAl晶体的延性最好、硬度最小,在0.188%附近,B2-NiAl晶体产生强烈的固溶强化硬度急剧增大,但延性下降,在1.25%附近及在3.75%-6.25%区间,B2-NiAl晶体的延性有所改善,但在0.5%附近,B2-NiAl晶体的延性最差。……   
[关键词]:NiAl;合金形成热;电子态密度;弹性常数;第一原理
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湖南大学2012年