本文關(guān)鍵詞：Fe-C-V-Cr-Ce系二元化合物第一性原理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在化學(xué)熱處理中,稀土由于催滲、改善滲層組織、提高滲層質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。稀土鉻釩共滲將單滲釩、滲鉻優(yōu)點(diǎn)綜合,克服其缺點(diǎn),在提高冷作模具使用壽命方面取得很大成功,其覆層相結(jié)構(gòu)主要有Fe-C-V-Cr-Ce系化合物組成。但由于測(cè)試手段、實(shí)驗(yàn)復(fù)雜及稀土微量等制約,目前對(duì)稀土鉻釩共滲的研究大多偏工藝方面,在覆層相結(jié)構(gòu)理論規(guī)律方面尚缺乏深入認(rèn)識(shí),限制了其進(jìn)一步發(fā)展。故本文利用第一性原理方法,對(duì)Fe-C-V-Cr-Ce系二元化合物的基本物性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行理論研究,嘗試分析各種化合物在稀土鉻釩共滲覆層的存在可能性,對(duì)稀土鉻釩共滲乃至整個(gè)稀土化學(xué)熱處理領(lǐng)域的進(jìn)一步探索、認(rèn)識(shí)及改進(jìn),均有很好的理論指導(dǎo)價(jià)值。本文利用CASTEP模塊,對(duì)Fe-C-V-Cr-Ce系中C-Ce、Fe-Ce、C-Cr、C-V四個(gè)體系化合物的晶格常數(shù)、電子結(jié)構(gòu)(差分電荷密度、態(tài)密度)、熱力學(xué)性質(zhì)(德拜溫度、生成焓、結(jié)合能)、力學(xué)性能(楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比、理論硬度、各向異性系數(shù))等進(jìn)行了計(jì)算分析,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合,對(duì)Fe-C-V-Cr-Ce系二元化合物進(jìn)行了綜合的相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析,主要研究結(jié)果如下:1.在C-Ce系CCe、C_2Ce、C_3Ce_2三種化合物中,C_3Ce_2的生成焓、結(jié)合能值最低,分別為-0.859 ev/atom、-6.999 ev/atom,德拜溫度最高,為376 K,熱力學(xué)穩(wěn)定性最優(yōu);在電子結(jié)構(gòu)方面,C_3Ce_2態(tài)密度圖中成鍵電子雜化明顯,共價(jià)性較強(qiáng),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于CCe、C_2Ce,且C_3Ce_2理論硬度為9.905Gpa,遠(yuǎn)大于CCe、C_2Ce,力學(xué)穩(wěn)定性較好,在C-Ce二元體系中最易生成。2.在Fe-Ce系CeFe_2、Ce Fe_5、Ce_2Fe_(17)三種化合物中,Ce_2Fe_(17)的生成焓(-0.440ev/atom)、結(jié)合能(-4.940 ev/atom)最低,德拜溫度(403 K)最高,熱力學(xué)穩(wěn)定性較好;三種化合物均有離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵,且Ce_2Fe_(17)的共價(jià)鍵和離子鍵強(qiáng)度較高;Ce_2Fe_(17)各向異性系數(shù)為0.005,各向同性好,楊氏模量、剪切模量、理論硬度分別為266 Gpa、102 Gpa、8.984 Gpa,均比CeFe_5、CeFe_2大得多。綜合分析,Ce_2Fe_(17)在Fe-Ce體系中最容易生成。3.在C-Cr系CCr、C_2Cr_3、C_3Cr_7、C_6Cr_23四種化合物中,CCr生成焓非負(fù),為熱力學(xué)不穩(wěn)定相,C_2Cr_3的結(jié)合能(-9.144 ev/atom)、生成焓(-0.171 ev/atom)值最小,德拜溫度(807 K)最大,熱力學(xué)穩(wěn)定性最強(qiáng),同時(shí)其態(tài)密度圖中Cr-3d和C-2p雜化最明顯,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也最好。此外,C_2Cr_3由于體積模量(324 Gpa)、楊氏模量(439Gpa)、理論硬度(16.368 Gpa)都比C_2Cr_3、C_3Cr_7大,力學(xué)性能也是最好的。因此,C_2Cr_3在C-Cr二元系化合物中最容易生成。4.在C-V二元系CV、aCV_2、bCV_2、C_3V_4、C_5V_6、C_7V_8六種化合物中,C5V_6的生成焓(-0.617 ev/atom)、結(jié)合能(-9.187 ev/atom)值最小,化合物形成能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最強(qiáng),C_7V_8、CV次之。CV、C_7V_8、C_5V_6的德拜溫度、成鍵雜化程度、理論硬度、楊氏模量等很接近,都強(qiáng)于aCV_2、bCV_2、C_3V_4,在C-V體系中都比較容易生成,其德拜溫度分別為921 K、923 K、858 K,理論硬度分別為23.1 Gpa、24.4 Gpa、25.9 Gpa,楊氏模量分別為485 Gpa、481 Gpa、424Gpa。5.對(duì)四個(gè)體系綜合分析發(fā)現(xiàn),C-Cr、C-V系化合物的熱力學(xué)、力學(xué)穩(wěn)定性普遍要強(qiáng)于C-Ce、Fe-Ce系,在Fe-C-V-Cr-Ce系二元化合物中更容易生成。結(jié)合XRD標(biāo)準(zhǔn)圖譜和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步推測(cè)出C_2Cr_3、C_7V_8、C_5V_6也可能存在于稀土鉻釩共滲覆層中。
【關(guān)鍵詞】：稀土鉻釩共滲 第一性原理 電子結(jié)構(gòu) 相穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG141
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 稀土化學(xué)熱處理的應(yīng)用13-16
• 1.2.1 稀土滲碳及碳氮共滲13-14
• 1.2.2 稀土滲硼技術(shù)14-15
• 1.2.3 稀土滲釩技術(shù)15
• 1.2.4 稀土復(fù)合共滲技術(shù)15-16
• 1.2.5 稀土在化學(xué)熱處理中的發(fā)展前景16
• 1.3 稀土影響化學(xué)熱處理的機(jī)制16-17
• 1.3.1 活化催滲16-17
• 1.3.2 改善滲層組織、性能17
• 1.4 稀土在鉻釩共滲中的應(yīng)用17-19
• 1.4.1 鉻釩共滲概述17-18
• 1.4.2 鉻釩共滲研究現(xiàn)狀18
• 1.4.3 稀土鉻釩共滲18-19
• 1.5 計(jì)算材料科學(xué)19-21
• 1.5.1 計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展19-20
• 1.5.2 第一性原理計(jì)算方法20-21
• 1.6 課題研究背景及主要內(nèi)容21-24
• 2 第一性原理理論基礎(chǔ)及計(jì)算方法24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 Born-Oppenheimer近似（絕熱近似）和Hartree-Fock近似25-26
• 2.3 密度泛函理論26-28
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理26-27
• 2.3.2Kohn-Sham方程27-28
• 2.4 交換-關(guān)聯(lián)能函數(shù)近似28-29
• 2.4.1 局域密度近似（LDA）28-29
• 2.4.2 廣義梯度近似（GGA）29
• 2.5 贗勢(shì)平面波29-30
• 2.6 CASTEP軟件包30-33
• 2.6.1 理論基礎(chǔ)30
• 2.6.2 應(yīng)用情況30-31
• 2.6.3 計(jì)算過(guò)程及任務(wù)簡(jiǎn)介31-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 3 C-Ce系化合物相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理研究34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 計(jì)算方法、模型及計(jì)算參數(shù)設(shè)置34-36
• 3.2.1 晶體結(jié)構(gòu)模型34-35
• 3.2.2 計(jì)算參數(shù)35-36
• 3.3 計(jì)算結(jié)果與討論36-42
• 3.3.1 晶格參數(shù)36-37
• 3.3.2 生成焓和結(jié)合能37-38
• 3.3.3 電子結(jié)構(gòu)38-39
• 3.3.4 彈性性能39-41
• 3.3.5 德拜溫度41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 4 Fe-Ce系化合物相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理研究44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 計(jì)算方法、模型及參數(shù)設(shè)置44-45
• 4.2.1 晶體結(jié)構(gòu)模型44-45
• 4.2.2 計(jì)算參數(shù)45
• 4.3 計(jì)算結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 晶格參數(shù)45
• 4.3.2 生成焓和結(jié)合能45-46
• 4.3.3 電子結(jié)構(gòu)46-49
• 4.3.4 彈性性能49-50
• 4.3.5 德拜溫度50-51
• 4.4 結(jié)論51-52
• 5 C-Cr系化合物相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理研究52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 計(jì)算模型、方法及參數(shù)設(shè)定52-54
• 5.2.1 晶體結(jié)構(gòu)模型52-53
• 5.2.2 計(jì)算參數(shù)的選擇53-54
• 5.3 計(jì)算結(jié)果與討論54-59
• 5.3.1 晶格常數(shù)54-55
• 5.3.2 生成焓和結(jié)合能55
• 5.3.3 電子結(jié)構(gòu)55-57
• 5.3.4 彈性性能57-58
• 5.3.5 德拜溫度58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 C-V系化合物相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理計(jì)算研究60-70
• 6.1 引言60
• 6.2 計(jì)算模型、方法及參數(shù)設(shè)定60-61
• 6.2.1 晶體結(jié)構(gòu)模型60-61
• 6.2.2 計(jì)算參數(shù)的選擇61
• 6.3 計(jì)算結(jié)果與討論61-67
• 6.3.1 晶格常數(shù)61-63
• 6.3.2 生成焓和結(jié)合能63-64
• 6.3.3 電子結(jié)構(gòu)64-65
• 6.3.4 彈性性能65-67
• 6.3.5 德拜溫度67
• 6.4 本章小結(jié)67-70
• 7 Fe-C-V-Cr-Ce系二元化合物第一性原理綜合分析70-76
• 7.1 引言70
• 7.2 熱力學(xué)穩(wěn)定性70-71
• 7.3 力學(xué)性能71-72
• 7.4 理論實(shí)驗(yàn)對(duì)比72-74
• 7.5 本章小結(jié)74-76
• 8 結(jié)論與展望76-78
• 8.1 結(jié)論76-77
• 8.2 展望77-78
• 致謝78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果86

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