本文關(guān)鍵詞：V-5Cr-5Ti合金的第一性原理研究

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【摘要】：V-5Cr-5Ti合金以其優(yōu)異的力學(xué)性能、抗氧化性、高溫性能、抗中子輻照性能以及良好的可加工性等,已成為聚變堆包層模塊的主要候選結(jié)構(gòu)材料。但目前對V-5Cr-5Ti合金在原子尺寸上的性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系以及合金中雜質(zhì)原子的影響還缺乏詳盡的了解與研究。因此,本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,從原子層面上研究V-5Cr-5Ti合金的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì),并對雜質(zhì)原子(C、N、O)在純釩和V-5Cr-5Ti合金中的行為進行了探討,從而補充了V-5Cr-5Ti合金的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù),為該合金的優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ),對促進該合金在聚變堆上的應(yīng)用具有較大的理論和實際意義。研究發(fā)現(xiàn)由于添加了合金元素Cr和Ti,產(chǎn)生固溶強化作用,使V-5Cr-5Ti合金的延展性要略低于純釩的,但其強度要高于純釩的強度。另外,由于氧原子的摻入,會使V-5Cr-5Ti合金的延展性和強度都出現(xiàn)不同程度的降低,使其力學(xué)性能下降。在熱力學(xué)方面,計算出溫度在298.15K時V-5Cr-5Ti合金的德拜溫度為416.34K、等容熱容為29.89J/(mol·K)、熵為31.97 J/(mol·K)以及膨脹系數(shù)為7.48×10-6 K-1等熱力學(xué)性質(zhì)。并分析了溫度在0-1500 K之間時,V-5Cr-5Ti合金的熱容曲線。研究表明C、N、O原子在純釩的八面體間隙位置最穩(wěn)定,其擴散勢壘分別為0.89e V、1.26 e V、0.98 e V,進而求出其在純釩中的擴散系數(shù)分別為8.11×10-7exp(-0.89e V/k BT)m2/s、8.94×10-7exp(-1.26e V/k BT)m2/s和7.33×10-7exp(-0.98e V/k BT)m2/s。通過對比C、N、O原子在V-5Cr-5Ti合金中的結(jié)合能,發(fā)現(xiàn)C、N、O原子更傾向于占據(jù)離Ti原子較近的八面體間隙位置。表明V-5Cr-5Ti合金中的C、N、O更容易與Ti元素結(jié)合,形成富含Ti的碳-氮-氧化物(記為Ti(CON))。
【關(guān)鍵詞】：V-5Cr-5Ti合金 第一性原理 力學(xué)性質(zhì) 擴散系數(shù) 熱力學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.413
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 V-5Cr-5Ti合金的研究背景及意義9-11
• 1.2 V-5Cr-5Ti合金的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 實驗研究11-12
• 1.2.2 理論研究12-13
• 1.3 本文主要研究目的和內(nèi)容13-14
• 1.3.1 研究目的13-14
• 1.3.2 研究內(nèi)容14
• 1.4 創(chuàng)新點14-16
• 2 基本理論方法16-27
• 2.1 第一性原理計算方法概述16-17
• 2.2 密度泛函理論17-22
• 2.2.1 Thomas-Fermi模型18
• 2.2.2 Born-Oppenheimer近似18-19
• 2.2.3 Hartree-Fock近似19-20
• 2.2.4 Hohenberg-Kohn定理20
• 2.2.5 Kohn-Sham方程20-22
• 2.3 交換關(guān)聯(lián)泛函22-24
• 2.3.1 局域密度近似(LDA)23
• 2.3.2 廣義梯度近似(GGA)23-24
• 2.4 平面波贗勢方法24
• 2.5 周期性邊界條件24-26
• 2.5.1 布洛赫定理24-25
• 2.5.2 布里淵區(qū)k點25-26
• 2.6 VASP程序介紹26-27
• 3 V-5Cr-5Ti合金力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究27-35
• 3.1 引言27-28
• 3.2 計算模型和方法28-29
• 3.3 結(jié)果與討論29-34
• 3.3.1 彈性常數(shù)29-32
• 3.3.2 力學(xué)性質(zhì)32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 4 V-5Cr-5Ti合金熱力學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 計算模型和方法35-36
• 4.3 結(jié)果與討論36-40
• 4.4 本章小結(jié)40-41
• 5 純釩和V-5Cr-5Ti合金中雜質(zhì)原子的行為研究41-52
• 5.1 引言41-42
• 5.2 計算模型和方法42-43
• 5.3 結(jié)果與討論43-51
• 5.3.1 雜質(zhì)原子在純釩中的擴散行為43-49
• 5.3.2 V-5Cr-5Ti合金中雜質(zhì)原子的占位情況49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-61
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果61

【參考文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王寧;金屬鐵和釩中離位級聯(lián)碰撞的多尺度模擬研究[D];湖南大學(xué);2011年

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本文編號：862741