本文選題：Nb-Si基合金 + Al摻雜　； 參考：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：Nb-Si基合金有著優(yōu)異的性能,其目標(biāo)使用溫度在700℃～1400℃,比傳統(tǒng)鎳基合金的使用溫度要高200℃～300℃,具有典型的高熔點、低密度、比強度高等突出優(yōu)點,是更適合在新型航空航天結(jié)構(gòu)件中使用的高溫備選材料。但是,在高溫條件下,環(huán)境十分惡劣,材料及其容易發(fā)生氧化,從而造成材料的斷裂,對Nb-Si基合金的工作壽命和安全性能造成嚴(yán)重的影響。因此,對Nb-Si基合金抗氧化性能的研究迫在眉睫。與其他常用Nb-Si基合金相比,Nb_3Si硅化物的Si含量特別低,在高溫下的抗氧化性能極差,從而會導(dǎo)致復(fù)合材料的強度降低。因此,本文以Nb_3Si合金為研究對象,采用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的第一性原理為理論指導(dǎo),從理論的角度研究其不同晶面上的抗氧化行為,并得到以下結(jié)論:通過計算分析基態(tài)以及高壓下Nb_3Si合金的Pm-3m以及Pm-3n兩種面心立方結(jié)構(gòu)的形成焓,發(fā)現(xiàn)Pm-3n面心立方結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。此外,通過計算兩種面心立方結(jié)構(gòu)的布居數(shù)、態(tài)密度以及能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Si的3p軌道和Nb的4d軌道構(gòu)成了 Nb_3Si中的成鍵區(qū)。Pm-3m型面心結(jié)構(gòu)形成了極易被破壞的Nb-Nb反鍵態(tài),使成鍵電子數(shù)減少,穩(wěn)定性降低。通過對Nb_3Si(110)、(100)、(111)三種晶面上吸附能、態(tài)密度以及能帶結(jié)構(gòu)等方面的分析計算發(fā)現(xiàn),三種晶面上的反應(yīng)都是放熱反應(yīng),且吸附系統(tǒng)都是處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中,Nb_3Si(100)晶面的原子密度最大,該面上任一個原子與其相鄰晶面原子作用的鍵數(shù)目最少,所以晶面處于最低自由能狀態(tài),氧與Nb_3Si(100)晶面的相互作用最強,吸附系統(tǒng)最穩(wěn)定。此外,通過對三種晶面在在氧吸附之后的重疊布居數(shù)進行分析計算,在Nb_3Si(100)晶面上,吸附之后的布居數(shù)有所增加,體系的穩(wěn)定性增強。通過Al元素的摻雜分析了 Nb_3Si(100)晶面的抗氧化性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn),摻雜后體系的吸附系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),同時,O原子更傾向于與Al原子形成更強的鍵,體系形成的O-Al鍵十分穩(wěn)定,不容易破壞,說明A1元素有效地阻擋了體系整體與O原子之間的相互作用,抗氧化性能增強。
[Abstract]:The Nb-Si alloy has excellent properties, and its target use temperature is 700 鈩，

本文編號：1755141