本文選題：Fe-Al金屬間化合物　切入點(diǎn)：密度泛函理論　出處：《南京航空航天大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：Fe-Al金屬間化合物具有優(yōu)良的耐熱腐蝕、沖蝕以及抗高溫氧化性能,且其以Fe、Al這兩個(gè)工業(yè)上最常用的金屬為基本成分,因此與其它金屬間化合物相比,還具有成本低廉的優(yōu)勢。作為結(jié)構(gòu)材料,Fe-Al金屬間化合物被研究已有數(shù)十年,然而其在工業(yè)化應(yīng)用方面始終未有顯著突破。鑒于其具有的諸多優(yōu)異性能,我國對(duì)Fe-Al金屬間化合物的基礎(chǔ)研究及材料開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。改善室溫脆性是Fe-Al金屬間化合物應(yīng)用于工程材料所要解決的重要課題。本文采用基于密度泛函理論以及固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論,從固溶強(qiáng)化、晶界偏析以及相界面強(qiáng)化的角度,系統(tǒng)研究了Cr、Mo對(duì)B2型FeAl以及DO3型Fe_3Al的強(qiáng)韌性作用機(jī)制,主要研究內(nèi)容如下:(1)基于密度泛函理論,分別研究了合金元素Cr、Mo在B2-FeAl和DO3-Fe_3Al晶胞內(nèi)置換固溶時(shí),Cr、Mo對(duì)FeAl以及Fe_3Al結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及彈性性質(zhì)的影響及其微觀機(jī)理。結(jié)果顯示Cr、Mo均優(yōu)先替代FeAl及Fe_3Al中的Al原子,合金元素的添加有提升FeAl和Fe_3Al強(qiáng)度和塑性的作用,而Mo的這種作用更強(qiáng)。Cr、Mo的添加增強(qiáng)Fe-Al強(qiáng)度和塑性的原因是分別加入這兩種合金元素均增加了FeAl和Fe_3Al中原子間的結(jié)合能力,從而提高了FeAl及Fe_3Al的穩(wěn)定性。(2)基于固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論,采用自主開發(fā)的鍵距差計(jì)算和分析系統(tǒng),分別研究了合金元素Cr、Mo固溶對(duì)B2-FeAl和DO3-Fe_3Al價(jià)電子結(jié)構(gòu)及塑性的影響,根據(jù)Cr、Mo添加后FeAl及Fe_3Al的三元合金體系中晶格電子數(shù)和共價(jià)鍵電子對(duì)數(shù)的增加,分析表明Cr、Mo均有提高FeAl及Fe_3Al塑性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用。(3)研究Cr、Mo分別處于FeAl∑3(1 10)晶界及Fe_3Al∑5(012)晶界時(shí),對(duì)晶界穩(wěn)定及偏析行為的影響,結(jié)果顯示Cr、Mo偏聚于FeAl晶界和Fe_3Al晶界的體系均穩(wěn)定,且這兩種元素均優(yōu)先替代Al原子,Cr和Mo分別對(duì)FeAl晶界和Fe_3Al晶界起強(qiáng)化作用,Mo的強(qiáng)化效應(yīng)更突出。電子結(jié)構(gòu)顯示Cr、Mo的添加,使Cr-d和Mo-d軌道電子也參與了FeAl晶界和Fe_3Al晶界體系的軌道電子雜化,以及增加合金元素與Fe、Al間的電荷密度,因此增強(qiáng)了FeAl晶界和Fe_3Al晶界體系中原子的結(jié)合能力。(4)研究Cr2Al相和Mo相分別對(duì)FeAl以及Fe_3Al相界面結(jié)合能力和電子結(jié)構(gòu)的影響,確定了FeAl/Cr2Al、FeAl/Mo以及Fe_3Al/Cr2Al、Fe_3Al/Mo相界面的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明Cr2Al、Mo均對(duì)FeAl相界起強(qiáng)化作用,且Cr2Al的強(qiáng)化效應(yīng)非常明顯,Cr2Al、Mo對(duì)FeAl相界面的強(qiáng)化效應(yīng)可歸因于FeAl/Cr2Al界面處Cr、Al與Fe間電子排布形態(tài)與FeAl/FeAl界面處不同,其電子云的方向性變得不明顯;而在FeAl/Mo界面處,Mo-Fe和Mo-Al間的電子云方向性較FeAl/FeAl界面處減弱。Mo對(duì)Fe_3Al相界面起強(qiáng)化作用,而Cr2Al則使Fe_3Al相界面發(fā)生弱化,這是由于Fe_3Al/Cr2Al界面處的Cr-Fe與Al-Fe間的電荷密度與Fe_3Al/Fe_3Al界面處Fe-Al間的電荷密度基本保持不變,而界面的寬度明顯增加;而Fe_3Al/Mo與Fe_3Al/Fe_3Al界面相比界面寬度基本保持不變,而Fe_3Al/Mo界面處Mo-Fe間的電荷密度較Fe_3Al/Fe_3Al界面處Fe-Al間的電荷密度明顯增加。(5)研究Cr、Mo在FeAl/Fe_3Al相界面的占位,分析其對(duì)FeAl/Fe_3Al相界面結(jié)合能及電子結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn):Cr、Mo在FeAl/Fe_3Al相界處,均優(yōu)先替代Al原子的位置,替代后均顯示對(duì)FeAl/Fe_3Al相界面斷裂強(qiáng)度有提升作用。分析電子態(tài)密度和電荷密度發(fā)現(xiàn):Cr、Mo替代對(duì)FeAl/Fe_3Al相界面斷裂強(qiáng)度增大的影響可歸因于Cr、Mo的添加均增加了FeAl/Fe_3Al界面態(tài)密度的成鍵峰個(gè)數(shù),分化了相界面的Al、Fe原子的態(tài)密度狀態(tài),且增加了FeAl/Fe_3Al相界面部分Cr-Fe和Cr-Al間以及Mo-Fe和Mo-Al間的電荷密度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG131

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