【摘要】：貴金屬高溫合金之所以能夠作為鎳基高溫合金的良好替代材料,是因為鉑族合金(PGMs)具有和鎳基高溫合金相同的面心立方結(jié)構(gòu),鉑族合金的熔點(diǎn)比目前使用的鎳基合金的熔點(diǎn)高,也具有較高穩(wěn)定性。但是目前的研究主要集中在Pt、Ir和Rh基貴金屬高溫合金,這三種貴金屬價格昂貴,密度大,且儲量少。鈀也是一種鉑族金屬,鈀的價格和密度都相對較低,目前對Pd基合金關(guān)注不足,主要是因為純Pd的力學(xué)性能較差,本論文擬通過向Pd合金中加入難熔過渡金屬(Al,Si,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Cu,Zn,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Hf,Ta,W,R,Os,Pt)形成固溶強(qiáng)化來提高鈀基二元合金的力學(xué)性能。通過第一性原理計算Pd-TM系二元金屬間化合物和Pd_(3 1)TM固溶體的晶體結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱學(xué)性質(zhì)等,并進(jìn)行對比分析,完成合金元素的篩選過程。采用該方法一定程度上可以縮短研發(fā)周期,降低成本,節(jié)約稀貴金屬原材料。進(jìn)一步豐富貴金屬高溫合金基礎(chǔ)理論研究,推動新型貴金屬高溫合金的開發(fā)與應(yīng)用。為研究貴金屬高溫合金提供理論和數(shù)據(jù)支持。本論文主要獲得的研究結(jié)果如下:Pd-TM(TM=Ti,Zr,Hf)和Pd_xV_y系二元金屬間化合物和Pd_(3 1)TM(TM=Ti,Zr,Hf)固溶體的結(jié)合能和形成焓均為負(fù)值,表明它們都是熱力學(xué)穩(wěn)定的;計算的彈性常數(shù)、彈性模量等,都滿足力學(xué)穩(wěn)定性判定條件,說明這些材料是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的。結(jié)果表明Pd Ti具有最大的C_(11)值,G和E值,其數(shù)值分別為204.8 GPa,36.9 GPa和103.2 GPa。由于單晶材料微裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展與材料的力學(xué)各向異性有關(guān),本論文還研究了它們的力學(xué)各向異性。本論文研究B2型Pd TM(TM=Ti,Zr,Hf)的力學(xué)各向異性大小排序為:Pd HfPd ZrPd Ti。通過分析這些材料的態(tài)密度、差分電荷密度等來研究它們的物理本質(zhì),如化學(xué)鍵特性等。發(fā)現(xiàn)這些化合物都具有金屬特性。通過研究Pd與Ti,Zr和Hf的二元合金和固溶體發(fā)現(xiàn)固溶強(qiáng)化更能提高鈀基合金的力學(xué)性能。研究Pd_xV_y系二元金屬間化合物時發(fā)現(xiàn)?-Pd_2V的生成焓是最低的,值為-0.34 e V/atom,即?-Pd_2V在所有Pd_xV_y系合金中是最穩(wěn)定的。計算它們的力學(xué)模量發(fā)現(xiàn),?-Pd_3V的C_(11)和C_(3 3)值是最大的分別為508.4.7 GPa和624.1 GPa。根據(jù)上述的工作,研究21種過渡元素與Pd形成的固溶體Pd_(3 1)TM(Al,Si,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Cu,Zn,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Hf,Ta,W,R,Os,Pt)的熱力學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明(35)H均為小于0,表明它們都是穩(wěn)定的;過渡合金元素的加入使鈀基固溶體這些固溶體的力學(xué)性能明顯提高。還研究了它們的力學(xué)各向異性,發(fā)現(xiàn)它們都是各向異性的,各向異性的排序為:Pd_(3 1)PtPd_(31)Al(Pd_(31)Cu)Pd_(31)MnPd_(31)SiPd_(31)Zn(Pd_(31)Y)Pd_(31)VPd_(31)Sc(Pd_(31)Cr)Pd_(31)TaPd_(31)Nb(Pd_(31)Mn,Pd_(31)W)Pd_(31)Tc(Pd_(31)Re)Pd_(31)OsPd_(31)TiPd_(31)HfPd_(31)ZrPd_(31)Fe。因此我們可以推測過渡元素能夠有效地提高貴金屬鈀基合金的高溫力學(xué)性能等。
【圖文】：

圖 1.1 鉑族金屬的抗拉強(qiáng)度與溫度的關(guān)系e relationship between the tensile strength of platinutemperature17]研究 Pt-Al 和 Pt-Ti 合金中加入 Ru、Re、N金的抗蠕變性能明顯提高。M. Wenderoth 等 和 W 等造成 γ’相沉淀強(qiáng)化，使其力學(xué)性能達(dá)合金的中加入 Ir、Nb、Al 三種元素，形成四較大的基質(zhì)相和沉淀相，故隨著 Ir 原子分?jǐn)?shù)的 Yamabe-Mitarai[20-21]研究 Pt-Ni-Ir 合金，發(fā)現(xiàn)作用大于鉑，這是由于由于銥和鉑形成的晶格a[53]等在研究酸性材料時發(fā)現(xiàn)，鉑是乙醇氧化于其具有優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。Pan.Y[5硼化物的影響，發(fā)現(xiàn)合金元素可以改善二元硼

圖 1.2 鉑族金屬的高溫氧化失重Fig. 1.2 Material loss of platinum-group-meta，鉑族金屬的高溫氧化失重僅次于陶瓷，且、釕和陶瓷（如圖 1.2）Huang. C 等[24]研究Ta 和 Ti)形成三元合金，主要研究其蠕變性素 X 明顯提高了 Ir-Nb 合金的抗蠕變能力、137 MPa 環(huán)境中的 Ir-Nb 和 Ir-Zr 合金，金。周世平等[25]研究 Pd-Ag-Cu 三元合金研究發(fā)現(xiàn) Pd 合金中加入稀土元素后，明顯模量、塑性以及高溫瞬時速度等性能。的目的與意義衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的標(biāo)桿之一，，
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2594006