一般認為在高熵合金中,混合熵對其熱力學穩(wěn)定性起主導作用。對于等組分的五元面心立方CrMnFeCoNi高熵合金,考慮到Mn與Cr相比Fe,Co和Ni元素的脆性與反鐵磁性質,理解高熵合金中原子成鍵對高熵合金的設計是至關重要的。本人使用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,研究了等組分五元CrMnFeCoNi高熵合金磁性、Mn與Cr原子間成鍵以及除組態(tài)自由能外,振動、磁性、電子自由能對總亥姆霍茲自由能的貢獻。本文研究成果如下:（1）在考慮自旋極化時,Mn與Cr原子間形成共價鍵,同時Cr元素對近鄰Co有磁耦合作用,使得初始鐵磁態(tài)排布的Co轉變?yōu)榉磋F磁態(tài)。（2）通過局域態(tài)密度分析,得到Mn,Fe元素磁性貢獻最大,磁矩分別是6.034,-2.928μ_B。（3）當溫度高于600K時,振動自由能的貢獻超過組態(tài)自由能;同時磁自由能的貢獻約為電子自由能貢獻的兩倍,表明磁自由能對高熵合金熱力學穩(wěn)定性起著重要影響。鑒于CrMnFeCoNi高熵合金的電子局域密度函數分析,進一步探究了AlCoCrFeNi系中,等組分三元中熵合金AlCrFe、AlCoCr、AlCoFe、CoCrNi和CrFe... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

根據混合熵對合金分類的示意圖

學穩(wěn)定的狀態(tài)，宏觀上表現為以單一的 FCC（或/和 BCC）固溶體相[5-7]。1.2.2 晶格畸變效應對于擁有單一固溶體相結構的高熵合金，由于每種組元原子在占據晶胞的各點時是隨機且混亂的；同時對于不同的組元原子，其原子半徑尺寸大小不一，原子半徑之的差異造成高熵合金中嚴重的晶格畸變，這種現象就是高熵合金的晶格畸變效應[5-714]。如圖 1.2 所示，圖（a）代表完美的 Cr 的 BCC 結構，當完美的 BCC 結構固溶 Z子之后，結構發(fā)生圖（b）變化，隨著 Z 原子占據 Cr 的晶格位置，結構進一步畸變如圖（c）所示。各元素原子隨機排列，且組元原子半徑差異較大，使得在 HEAs 中生嚴重的晶格扭曲[14]。在微觀上不再保持單一體心立方或面心立方的結構特征，本文采用的中、高熵合金的結構模型以及后續(xù)研究就是考慮了這一晶格畸變特征。

中北大學學位論文.3 遲滯擴散效應對于置換固溶類型的 HEAs，各組元的相互配合實現了相變的擴散, 這種擴散機制元原子半徑差所造成的晶格畸變進一步增加了原子擴散阻力，降低了擴散速率[6]。同時，HEAs 中的遲滯擴散效應抑制相分離，使得本應該在高溫發(fā)生的相分離，被遲到低溫發(fā)生，這一擴散受阻的現象被稱為遲滯擴散[5-7]。不僅如此，遲滯效應會HEAs 中存在納米或非晶體結構[15, 16]。圖 1.3 為 CoCrFeMnNi 五元 HEA 中各組元的系數關于溫度的變化情況�？梢钥闯�，相比其它組成組元較少的合金，高熵合金rFeMnNi 中的組元原子擴散最慢[17]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effect of carbon addition on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy[J]. HUANG TianDang,JIANG Li,ZHANG ChangLiang,JIANG Hui,LU YiPing,LI TingJu.  Science China（Technological Sciences）. 2018(01)
[2]晶體材料基因組問題第一原理計算研究[J]. 王紹青,葉恒強.  科學通報. 2013(35)
[3]計算熱力學、計算動力學與材料設計[J]. 魯曉剛,王卓,CUI YuWen,金展鵬.  科學通報. 2013(35)
[4]計算機模擬與預測方法在材料科學研究中的應用[J]. 陳明和,謝蘭生,朱知壽,左敦穩(wěn),王珉.  機械工程材料. 2005(06)

博士論文
[1]層片TiAl合金的彈性性能及間隙原子擴散的第一性原理研究[D]. 張超彥.中北大學 2018

碩士論文
[1]高熵合金滲氮層的微觀結構和摩擦學性能研究[D]. 王永祥.太原理工大學 2018
[2]CrMnFeCoNi系高熵合金的組織及低溫性能研究[D]. 杜興宇.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[3]Mg2X（X=Si,Ge,Sn）二元合金性能第一性原理研究[D]. 張樂婷.中北大學 2018
[4]耐高溫高熵合金的成分設計和性能優(yōu)化[D]. 姚宏偉.太原理工大學 2017



本文編號：2973086