本文關(guān)鍵詞： 高溫合金 鋁釕金屬間化合物 第一性原理 塑性 合金化　出處：《昆明理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：AlRu合金擁有優(yōu)良的高溫抗氧化能力和耐腐蝕能力是軍用發(fā)動(dòng)機(jī)部件的首選材料。但是AlRu呈現(xiàn)脆性,難以塑性變形和加工成型材。因此,本論文研究通過(guò)摻雜合金元素對(duì)改善AlRu塑性的影響,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果挑選元素加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。依據(jù)鋁釕二元相圖,運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法計(jì)算了Al6Ru、Al13Ru4、Al2Ru、AlRu四種在常溫下存在的金屬間化合物的剪切模量G與體模量B,并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判據(jù)發(fā)現(xiàn)四種化合物的G/B值都大于0.5屬于脆性材料,但是AlRu金屬間化合物是四種化合物中最塑性好的一個(gè)。對(duì)AlRu態(tài)密度的分析表明A1原子的3p軌道電子與Ru原子的3p與4d軌道電子發(fā)生雜化,從而使電子參與成鍵的幾率增加,體系也更加穩(wěn)定；進(jìn)一步的布居數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示AlRu化合物中存在的Al-Ru鍵布居數(shù)為正,這可能導(dǎo)致形成更多的共價(jià)鍵,降低AlRu的塑性；通過(guò)分析AlRu的差分電荷密度圖發(fā)現(xiàn)：Ru原子的電子云為典型的花瓣?duì)?外層電子分布呈現(xiàn)各向異性,這同樣會(huì)導(dǎo)致A1Ru塑性降低。為改善AlRu的塑性,本文選擇了摻雜Cr、Mn、Co、Mo、V、Ti、Ta、Ni、 W、Re十種置換型原子與間隙型原子B作為合金元素,研究它們對(duì)AlRu塑性的影響。對(duì)于置換型原子Cr、Mn、Co、Mo、V、Ti、Ta、Ni、W、Re、本文建立了原子百分含量為1.56at%、3.125at%以及6.25at%的三種計(jì)算模型,計(jì)算結(jié)果表明,合金元素均是在含量為6.25at%時(shí)G/B值最低,但是只有Re、Ti、W、Co、 Mo五種元素可以提高其塑性,其中尤以Co、Mo元素為最佳；對(duì)于間隙型原子B,本文建立了質(zhì)量百分含量為0.178wt%、0.238wt%、0.475wt%以及0.711wt%的四種八面體間隙模型,其中G/B值隨B元素含量的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì),最低值(0.467)出現(xiàn)在B含量為0.475wt%,這比摻雜置換型合金原子后效果最好的6.25at%的Co元素的G/B值(0.473)還要低。對(duì)這些有利于AlRu塑性改善的元素通過(guò)態(tài)密度的分析都顯示p軌道與d軌道的電子雜化減弱,摻雜這些元素后降低了體系的穩(wěn)定性,布居數(shù)與差分電荷密度的分析則表明Al-Ru鍵能降低,且形成不同強(qiáng)度的Ru-Ru反鍵,Ru原子外層電子分布的各向異性減弱,這些都有利于AlRu塑性的增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)部分本文選取對(duì)AlRu塑性改善效果最顯著的B元素來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,設(shè)計(jì)了B含量為0.2wt%、0.5wt%、0.7wt%以及3wt%的五個(gè)試樣,試樣是通過(guò)放電等離子燒結(jié)與電弧熔煉制備得到的。在掃描電鏡下對(duì)試樣的組織形貌進(jìn)行觀察,并用納米壓痕儀與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了楊氏模量與剪切模量,計(jì)算出G/B值。結(jié)果發(fā)現(xiàn),試樣組織分布較為均勻,存在部分空隙,測(cè)出的剪切模量與體模量比計(jì)算值要低,但G/B值隨B元素含量增加的變化趨勢(shì)與計(jì)算結(jié)果基本一致。
[Abstract]:AlRu alloy has excellent high temperature oxidation resistance and corrosion resistance is the first choice for military engine components, but AlRu is brittle, difficult to plastic deformation and processing profile. In this paper, the effect of doping alloy elements on improving the plasticity of AlRu was studied, and the elements were selected for experimental verification according to the calculated results. The first principle calculation method based on density functional theory is used to calculate Al6Ru-Al13Ru4Al2Ru. The shear modulus G and bulk modulus B of four intermetallic compounds existing in AlRu at room temperature are found to be brittleness materials. According to the empirical criterion, it is found that the G / B values of the four compounds are greater than 0. 5. But the AlRu intermetallic compound is the most plastic one of the four compounds. The analysis of AlRu density of states shows that the 3p orbital electron of A1 atom and the 3p and 4d orbital electron of Ru atom are hybridized. . Thus, the probability of electronic participation in bonding is increased, and the system is more stable. The results of further population calculation show that the Al-Ru bond population in AlRu compounds is positive, which may lead to more covalent bonds and reduce the plasticity of AlRu. By analyzing the differential charge density diagram of AlRu, it is found that the electron cloud of the Ru atom is a typical petal, and the electron distribution in the outer layer is anisotropic. In order to improve the ductility of AlRu, we have chosen the doped CrMn-Mn-CoA Mo-Mo-V Ti-Li, Ta-Ni, W to improve the ductility of A1Ru, which also leads to the reduction of the ductility of A1Ru. Ten kinds of replacement atoms and interstitial atoms B are used as alloy elements to study their effect on the plasticity of AlRu. Re. in this paper, three kinds of calculation models with atomic percent content of 3.125 at% and 6.25at% have been established. The calculation results show that the atomic content is 1.56at% and 6.25at% respectively. When the content of alloy elements is 6.25at%, the value of G / B is the lowest, but only Retiao Weng Co. can improve the plasticity of the alloy elements, especially the element Coomo. For interstitial atom B, four octahedral interstitial models with 0.178 wtwt% content 0.238 wt% and 0.711 wt% have been established. The G / B value decreased first and then increased with the increase of B element content, and the lowest value (0.467) appeared in the B content of 0.475wt%. This is better than the G / B value of 0.473 for Co element (6.25at%), which is the best after doping substitution type alloy atoms. The analysis of the density of states of these elements, which are beneficial to the improvement of AlRu plasticity, shows that the electron hybridization between p-orbital and d-orbital is weakened. The stability of the system was reduced by doping these elements. The analysis of population number and differential charge density showed that the Al-Ru bond energy was decreased and Ru-Ru anti-bond with different strength was formed. The anisotropy of the electron distribution in the outer layer of Ru atom is weakened, which is beneficial to the enhancement of AlRu plasticity. In the experiment part, we select B element, which has the most remarkable effect to improve the plastic property of AlRu. Five samples with B content of 0.2wtand 0.5wt% and 3wt% were designed. The samples were prepared by spark plasma sintering and arc melting. The microstructure of the samples was observed by scanning electron microscope. The Young's modulus and shear modulus were measured by nano-indentation instrument and universal testing machine. The G / B value is calculated. The results show that the microstructure of the sample is more uniform and there are some voids, and the measured shear modulus and bulk modulus are lower than the calculated values. However, the change trend of G / B value with the increase of B element content is basically consistent with the calculated results.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高巍;朱嘉琦;武洪臣;張華芳;崔向中;;四面體非晶碳結(jié)構(gòu)建模的第一性原理模擬方法[J];功能材料;2010年S2期

2 陶輝錦;陳偉民;王赫男;;鎳晶格穩(wěn)定性的第一性原理研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年18期

3 梁景南;符春林;蔡葦;郭倩;張朝陽(yáng);;銦摻雜二氧化錫透明導(dǎo)電性的第一性原理研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年S2期

4 胡盟;程杰;何巨龍;;新型立方碳的第一性原理研究[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

5 蘇昀;吳曉靜;權(quán)俊杰;于亞鵬;;甲基苯丙胺在水溶液中第一性原理研究[J];化學(xué)工程師;2013年10期

6 李培芳;包剛;;金屬元素鎂高壓屬性的第一性原理研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年06期

7 江勇;許燦輝;藍(lán)國(guó)強(qiáng);;金屬氧化物表面與界面的第一性原理熱力學(xué):一個(gè)研究實(shí)例(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年01期

8 黃元春;肖政兵;張歡歡;劉宇;;平衡相對(duì)Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr鋁合金性能影響:第一性原理研究[J];航空材料學(xué)報(bào);2014年03期

9 李淼泉;姚曉燕;;應(yīng)用第一性原理研究置氫α鈦晶體的電子結(jié)構(gòu)和性能[J];稀有金屬材料與工程;2013年05期

10 魏娜然;溫斌;宮長(zhǎng)偉;馬紅軍;李廷舉;;新金剛石電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 姜曉庶;Walter R．L．Lambrecht;;半導(dǎo)體非線性光學(xué)材料的第一性原理研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（1）[C];2007年

2 鄭曉;陳冠華;;開(kāi)放電子體系的第一性原理方法[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)量子化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

3 宋慶功;褚勇;王艷波;耿德平;郭艷蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性研究[A];數(shù)學(xué)·力學(xué)·物理學(xué)·高新技術(shù)交叉研究進(jìn)展——2010（13）卷[C];2010年

4 孫學(xué)勤;周樹(shù)蘭;林娜;李良;張玉芬;趙顯;;關(guān)于金剛石的硬度的第一性原理研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)量子化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

5 周安;舒翠翠;劉立勝;翟鵬程;;雙填充方鈷礦電子結(jié)構(gòu)和電傳輸性能的第一性原理研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

6 曾凡林;孫毅;;PVDF單鏈拉伸的第一性原理模擬[A];第七屆海峽兩岸工程力學(xué)研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

7 潘紅亮;王月花;;鐵酸鉍光學(xué)特性的第一性原理研究[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

8 宋慶功;王延峰;康建海;嚴(yán)慧羽;;第一性原理方法在插層化合物L(fēng)i_xTiS_2結(jié)構(gòu)與性能研究中的應(yīng)用[A];中國(guó)數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究學(xué)會(huì)第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

9 劉紅;鄧?yán)?劉雷;杜建國(guó);;MgSiO_3熔體高溫高壓狀態(tài)方程的第一性原理分子動(dòng)力學(xué)研究[A];中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)第14屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要專輯[C];2013年

10 平飛林;蔣剛;張林;朱正和;;~3He對(duì)LaNi_5儲(chǔ)氚性能影響的第一性原理研究[A];第八屆全國(guó)核靶技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孫金平;水溶液環(huán)境羥基磷灰石/鈦界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一性原理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 龔奎;新型二維半導(dǎo)體材料及自旋相關(guān)器件量子輸運(yùn)的第一性原理研究[D];北京科技大學(xué);2016年

3 崔琳;Si-C-N三元系中新型亞穩(wěn)相的第一性原理研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 孫瑜;若干半導(dǎo)體非晶化相變的結(jié)構(gòu)及化學(xué)鍵演化規(guī)律的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2016年

5 李晨輝;納米線，納米島和薄膜生長(zhǎng)機(jī)理的第一性原理研究[D];鄭州大學(xué);2016年

6 李國(guó)豹;三種二次電池正極材料的第一性原理研究[D];大連理工大學(xué);2016年

7 姚路馳;半導(dǎo)體納米線成核生長(zhǎng)機(jī)理的第一性原理研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

8 容青艷;摻雜改善BiFeO_3磁性的第一性原理研究[D];湖南大學(xué);2016年

9 寧鋒;基于InAs納米體系的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性第一性原理研究[D];湖南大學(xué);2015年

10 張小樂(lè);基于第一性原理的深紫外氟化物晶體及復(fù)雜氧化物的理論研究[D];上海交通大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李鳳;正交系超硬材料bc-BC_xN的第一性原理研究[D];西南大學(xué);2015年

2 烏日勒;三元混晶GaAs_(1-x)Sb_x電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

3 尹夢(mèng)園;摻雜CoO與鐵磁體/MoS_2界面的電子結(jié)構(gòu)和磁性的第一性原理研究[D];天津理工大學(xué);2015年

4 牛之慧;單相多鐵性體CaMn_7O_(12)的第一性原理研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

5 金元俊;壓力下122系鐵基超導(dǎo)體的第一性原理研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 張蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建師范大學(xué);2015年

7 王永真;Ba_2Ti_2Fe_2As_4O和CaIr_2的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[D];浙江大學(xué);2015年

8 馬靜;納米拓?fù)浣^緣體(01ī5)電子結(jié)構(gòu)第一性原理研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

9 張?jiān)?摻雜ZnO和In_2O_3的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2015年

10 胡京;幾種Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2型黃銅礦半導(dǎo)體材料的第一性原理研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1492154