金屬鈦（Ti）是重要的結(jié)構(gòu)金屬。室溫下鈦呈α相,即密排六方（hcp）結(jié)構(gòu)。鈦材在應(yīng)用中常會受到應(yīng)力作用,而孿生是密排六方晶體的主要塑性變形方式,所以對鈦的孿生機(jī)制和孿晶界中缺陷等研究十分重要。{11（?）1}<1126>孿生系統(tǒng)是密排六方鈦中最常見的孿生系統(tǒng)之一,而且{11（?）1}孿晶界是僅由每c晶格的基面位錯滑動形核而成的,據(jù)文獻(xiàn)報道它具有非常小的晶界遷移能壘。另外,鈦對氫（H）有良好的親和力,隨著氫濃度增加,會引起結(jié)構(gòu)從密排六方到立方或四方結(jié)構(gòu)的相變,并且鈦氫化合物的形核,可能引起氫脆。目前鈦-氫體系的理論研究多基于體相,而對氫和孿晶界相互作用的研究較少,并且缺少關(guān)于較高濃度氫存在于孿晶界附近的研究。本文的研究內(nèi)容是使用第一性原理計(jì)算和從頭分子動力學(xué)模擬的方法研究氫與（11（?）1）孿晶界的相互作用:研究不同數(shù)量H原子固溶的間隙位,以及（11（?）1）孿晶界結(jié)構(gòu)中的氫擴(kuò)散,孿晶界移動的動力學(xué),研究晶界在有氫存在下的拉伸性能。主要研究結(jié)果如下:（1）氫通過間隙固溶的方式進(jìn)入密排六方鈦基體。體相鈦中,一個H原子優(yōu)先占據(jù)八面體間隙。在（11（?）1）孿晶結(jié)構(gòu)中,少量氫傾向占... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１孿生四要素：／０－孿生面，心－共軛面，；／／－孿生方向，和－共軛孿生方向，戶－剪切面［９］??

?密排六方Ｔｉ中Ｈ與（１丨２丨）孿晶界相互作用的理論計(jì)算研究???位向恰好形成以孿生面為對稱面的鏡像對稱關(guān)系。通常，把這兩部分晶體合稱為孿晶。??孿生過程中存在兩對不畸變的面幻、心和方向；／／、＆，稱為孿生四要素。其中，幻是孿??生面，價是幻的切變方向即孿生方向，尺２是另一個不變面（或共軛面），包含／／／且垂直??于幻、心的平面是切變面凡ｐ是沿面和切變面Ｐ的交線，如圖１．１所示。??ｚｌ?—?＝＼Ｚ?—叫，??圖１．１孿生四要素：／０－孿生面，心－共軛面，；／／－孿生方向，和－共軛孿生方向，戶－剪切面［９］??晶體的滑移和孿生都是依靠位錯的運(yùn)動進(jìn)行的，滑移是全位錯運(yùn)動的結(jié)果，而孿生??依賴于部分位錯的運(yùn)動。晶體中滑移系越多，晶體越容易發(fā)生塑性變形，塑性越好。而??孿生多發(fā)生在難以滑移的情況下，如密排六方結(jié)構(gòu)中，滑移系統(tǒng)數(shù)量十分有限，一般是??通過改變晶體位向來產(chǎn)生新的滑移系，或者說把難以滑移的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生滑移的??系統(tǒng)的方式，使得晶體中滑移和孿生交替進(jìn)行，產(chǎn)生較大的變形，因此孿生可以間接地??影響晶體的塑性。??圍??圖１．２兩種孿品界（ａ）共格孿晶界（ｂ）非共格孿晶界ｍ??另外，從界面的角度看，孿晶兩部分晶體位向通過某公共幾何面形成鏡像對稱位向??關(guān)系，這個幾何面附近的原子排列發(fā)生畸變，這樣的孿晶分界面稱為孿晶界。如果孿晶??界與孿生面重合，那么這種孿晶界稱為共格孿晶界Ｍ，如圖１．２?（ａ）所示，晶界兩側(cè)晶??體可以完全對正。相反，如果孿晶界不與孿生面平行，而是孿生面旋轉(zhuǎn)一定角度的平面，??晶界兩側(cè)晶格不能完全對正，也就是存在一定的錯配，則稱這種不完全對稱的孿晶界為??非共格孿晶界［１〇］，如圖１．２

?密排六方Ｔｉ中Ｈ與（１１２１）孿晶界相互作用的理論計(jì)算研究???體原子之間成鍵而形成合金化合物；在雜質(zhì)原子濃度較低（低于臨界固溶濃度）的情況??下，常以固溶的方式進(jìn)入基體形成固溶體。一般有兩種固溶方式：間隙固溶和替換固溶，??如圖１．４所示。對于原子半徑較小的溶質(zhì)原子，如Ｈ，０，?Ｎ，Ｃ等以進(jìn)入金屬晶格間隙??的方式固溶，而其他原子半徑較大的溶質(zhì)元素原子，如一些金屬原子，會以替換晶格原??子的方式進(jìn)入基體，并引起局部晶格常數(shù)變化和晶格畸變。合金化溶質(zhì)和間隙雜質(zhì)原子，??可以影響晶格中其他缺陷（如位錯）的運(yùn)動，這對合金的機(jī)械性質(zhì)（如可塑性、延展性??等）具有重要影響。??（ａ）〇〇〇〇〇?（ｂ）〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇？〇〇?Ｏ?Ｏ?０＊０?ｏ??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??〇〇〇〇〇?〇〇〇〇〇??圖１．４簡單立方晶格中的（ａ）取代和（ｂ）填隙溶質(zhì)原子??—……一…?—?－：Ｔ??ｆ?ｆ?〇?ｗｒ．ｉｃ??ｅＫ，ｊ?１?＼?：ｒ?ｉ??〇?５００?：?？?Ｊｏ?ａ°?Ｊ＊?Ｊ，Ｖ，ｔ?［Ｌ??？?３?ｉ?＊＊?￥?７６Ｄｆｔ〇??１?ｗ，ｉ?＃１＾－??Ｖ＂?６?？卿．０?：??Ｓ．?〇?產(chǎn)?＼?？?ｊ??？?８２Ａｒｔ?｜??＾?ｐ?＼?■?？２Ｍｉ！?＾??１００＾?Ｏ?７ＢＧａｂ２?［？??〇４?Ｆ?＜＼?？Ｋｏｒ??１００－１?Ｊ?ｃ?ｃ??＿：ｊ?…?ｉ?Ｉ?［??ｎ?ｉｉ＞?ａｎ?．ｗ?４ｆｌ?＆〇?ｗ?？〇?的??Ｔｉ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??圖１．５Ｔｉ－

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦金屬和鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J]. 許國棟,王桂生.  稀有金屬. 2009(06)
[2]金屬鈦制備方法的新進(jìn)展[J]. 劉美鳳,郭占成.  中國有色金屬學(xué)報. 2003(05)
[3]鈦應(yīng)用近況[J]. 高敬,寧興龍.  輕金屬. 2000(11)

博士論文
[1]鎢晶界上點(diǎn)缺陷的第一性原理研究[D]. 何文豪.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所) 2018

碩士論文
[1]氫致純鈦彈塑性變形機(jī)制研究[D]. 楊誠.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3403076