鎳基單晶高溫合金是航空航天領(lǐng)域使用非常廣泛且高溫力學(xué)性能十分優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料。為了提升鎳基單晶高溫合金的力學(xué)性能,通常需要添加不同種類和含量的合金元素,比如,難熔金屬元素Re和W的添加可以起到固溶強(qiáng)化鎳基單晶高溫合金γ-Ni相的作用,Al元素的加入可以在γ-Ni相中形成析出相γ′-Ni₃Al并起到第二相相強(qiáng)化的作用。因此,研究這些合金元素在鎳基單晶合金中的相互作用以及對(duì)相穩(wěn)定性的影響具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用背景。利用第一原理結(jié)合統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)蒙特卡羅方法可以研究和預(yù)測(cè)鎳基單晶高溫合金內(nèi)原子間的相互作用以及相穩(wěn)定性�；诖宋覀兪紫妊芯苛薘e固溶在γ-Ni相中后形成的Ni-Re二元合金內(nèi)Ni原子磁性以及合金晶格常數(shù)隨著Re元素濃度增長(zhǎng)而變化的趨勢(shì);然后,利用第一原理計(jì)算方法考察了低溫和高溫下Ni-Re合金體系內(nèi)原子間的相互作用及析出相的穩(wěn)定性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)D1a-Ni₄Re是富Ni的Ni-Re合金中最穩(wěn)定的析出相;最后,利用第一原理計(jì)算得到的原子關(guān)聯(lián)能,使用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)蒙特卡羅模擬預(yù)測(cè)了Ni-9at.%Re合金從高溫1200 K到室溫300 K區(qū)間內(nèi)原子的有... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 鎳基高溫合金的發(fā)展與應(yīng)用
        1.1.1 鎳基高溫合金在航空工業(yè)上的應(yīng)用
        1.1.2 鎳基高溫合金分類與發(fā)展歷史
        1.1.3 我國(guó)鎳基高溫合金發(fā)展歷史
    1.2 鎳基高溫合金的相組成
        1.2.1 γ相
        1.2.2 γ'相
        1.2.3 γ''相
        1.2.4 密排拓?fù)湎?br>        1.2.5 碳化物和硼化物
    1.3 鎳基高溫合金中的合金元素
        1.3.1 鎳基高溫合金中元素分配趨勢(shì)
        1.3.2 鎳基單晶高溫合金的合金化
    1.4 鎳基單晶高溫合金的計(jì)算與設(shè)計(jì)
        1.4.1 Ni的基本物理性質(zhì)
        1.4.2 鎳基單晶高溫合金中的常見缺陷
            1.4.2.1 空位缺陷
            1.4.2.2 反位點(diǎn)缺陷
            1.4.2.3 位錯(cuò)和層錯(cuò)
        1.4.3 鎳基單晶高溫合金強(qiáng)化研究
            1.4.3.1 鎳基單晶高溫合金固溶強(qiáng)化
            1.4.3.2 鎳基單晶高溫合金析出相及界面強(qiáng)化
        1.4.4 鎳基單晶高溫合金中原子相互作用與相穩(wěn)定性
    1.5 本論文的主要研究思路和主要內(nèi)容
第2章 理論基礎(chǔ)
    2.1 引言
    2.2 第一原理方法（First-principles Method）
        2.2.1 固體的哈密爾頓量
        2.2.2 哈特里-�？耍℉artree-Fock）近似
        2.2.3 密度泛函理論（Density Functional Theory,DFT）
        2.2.4 局域密度近似和廣義梯度近似
        2.2.5 格林函數(shù)（Green's function）
    2.3 合金的從頭計(jì)算（Ab-initio）方法
        2.3.1 相干勢(shì)近似（Coherent Potential Approximation,CPA）
        2.3.2 局域自洽格林函數(shù)（Locally Self-consistent Green's Function,LSGF）
    2.4 原子關(guān)聯(lián)
        2.4.1 有效團(tuán)簇關(guān)聯(lián)（Effective cluster interaction）
        2.4.2 有序能
        2.4.3 屏蔽廣義微擾法
    2.5 形成焓計(jì)算
    2.6 維加德（Vegard）晶格常數(shù)計(jì)算定律
    2.7 有限溫度下的模擬
        2.7.1 有限溫度下的磁性
        2.7.2 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)蒙特卡羅（Monte Carlo）模擬方法
    2.8 本論文使用的模擬軟件
        2.8.1 維也納從頭計(jì)算模擬程序包（VASP）
        2.8.2 精確的Muffin-tin軌道（Exact Muffin-tin Orbitals,EMTO）程序
        2.8.3 蒙特卡羅（Monte-Carlo）程序
第3章 γ-Ni相中Re原子的相互作用及相穩(wěn)定性研究
    3.1 研究背景
    3.2 第一原理計(jì)算方法與模型
        3.2.1 格林函數(shù)方程EMTO計(jì)算方法
        3.2.2 投影綴加平面波VASP程序計(jì)算方法
    3.3 Ni-Re二元合金的基態(tài)性質(zhì)
        3.3.1 Ni-Re合金的磁性以及晶格常數(shù)
        3.3.2 Ni-Re合金的形成焓
    3.4 Ni-Re二元合金內(nèi)原子的相互作用
        3.4.1 超胞方法計(jì)算的總關(guān)聯(lián)能
        3.4.2 屏蔽廣義微擾法計(jì)算的關(guān)聯(lián)能
    3.5 Ni-Re合金中有序結(jié)構(gòu)的有序能
    3.6 Ni-9.4at.%Re合金中的短程有序
    3.7 本章小結(jié)
第4章 γ-Ni相中W原子的相互作用與相穩(wěn)定性研究
    4.1 研究背景
    4.2 第一原理計(jì)算方法與模型
    4.3 Ni-W合金基態(tài)性質(zhì)
        4.3.1 Ni-W合金的磁性以及晶格常數(shù)
        4.3.2 Ni-W合金的形成焓
    4.4 Ni-W合金中原子關(guān)聯(lián)能
        4.4.1 超胞方法計(jì)算的關(guān)聯(lián)能
        4.4.2 屏蔽廣義微擾法（SGPM）計(jì)算的關(guān)聯(lián)能
    4.5 富Ni的 Ni-W合金中的有序無(wú)序轉(zhuǎn)變和相穩(wěn)定性
        4.5.1 Ni-W合金的有序能
        4.5.2 富Ni的 Ni-W合金中的有序無(wú)序轉(zhuǎn)變
        4.5.3 富Ni的 Ni-W合金中的有序相原子堆垛分析
    4.6 本章小結(jié)
3Al形成及相穩(wěn)定性的影響'>第5章 Re對(duì) γ-Ni相中γ'-Ni₃Al形成及相穩(wěn)定性的影響
    5.1 研究背景
    5.2 第一原理計(jì)算方法與模型
    5.3 Ni-Al基本性質(zhì)
        5.3.1 Ni-Al合金的磁性
        5.3.2 Ni-Al合金的形成焓
    5.4 Ni-Al-Re三元體系中的原子關(guān)聯(lián)
        5.4.1 Ni-Al-Re三元體系中原子關(guān)聯(lián)能計(jì)算方法
        5.4.2 Ni-Al-Re三元合金中原子關(guān)聯(lián)能
    5.5 Ni-Al二元以及Ni-Al-Re三元合金中的有序無(wú)序轉(zhuǎn)變
3Al合金的有序能">        5.5.1 Ni₃Al合金的有序能
3Al合金中有序無(wú)序轉(zhuǎn)變研究">        5.5.2 Ni₃Al合金中有序無(wú)序轉(zhuǎn)變研究
        5.5.3 Ni-Al-Re合金中的有序無(wú)序轉(zhuǎn)變
3Al相界中的分配">        5.5.4 Re在 Ni/Ni₃Al相界中的分配
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
    1 論文結(jié)論
    2 論文創(chuàng)新點(diǎn)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A （攻讀學(xué)位期間發(fā)表與撰寫的學(xué)術(shù)論文、參與的項(xiàng)目以及參加的學(xué)術(shù)會(huì)議）
    A.1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表與撰寫的學(xué)術(shù)論文
    A.2 攻讀學(xué)位期間參與的項(xiàng)目
    A.3 攻讀學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)會(huì)議


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鎳基高溫合金中的初生碳化物及其強(qiáng)化作用[J]. 楊金俠,魏薇,劉路,唐杰,孫曉峰,胡壯麒.  稀有金屬材料與工程. 2016(04)
[2]An overview of rhenium effect in single-crystal superalloys[J]. Ming Huang,Jing Zhu.  Rare Metals. 2016(02)
[3]相場(chǎng)模擬與材料基因組計(jì)劃[J]. 陳龍慶.  科學(xué)通報(bào). 2013(35)
[4]中國(guó)探月工程發(fā)展及對(duì)空間環(huán)境與材料研究的需求[J]. 于登云.  航天器環(huán)境工程. 2010(06)
[5]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)展、貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)[J]. 楊元喜.  測(cè)繪學(xué)報(bào). 2010(01)
[6]Re與Ru合金化對(duì)Ni／Ni3Al相界電子結(jié)構(gòu)影響的第一原理研究[J]. 彭平,陳律,周惦武,田澤安,韓紹昌,金濤,胡壯麒.  金屬學(xué)報(bào). 2007(02)
[7]鎳基單晶高溫合金的發(fā)展[J]. 胡壯麒,劉麗榮,金濤,孫曉峰.  航空發(fā)動(dòng)機(jī). 2005(03)
[8]相圖計(jì)算研究的進(jìn)展[J]. 喬芝郁,郝士明.  材料與冶金學(xué)報(bào). 2005(02)
[9]航空鑄造渦輪葉片合金和工藝發(fā)展的回顧與展望[J]. 陳榮章.  航空制造技術(shù). 2002(02)

博士論文
[1]基于生態(tài)設(shè)計(jì)理念的鎳基單晶高溫合金中跡量摻雜元素的危害作用分析[D]. 彭黎.湖南大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3157559