高溫合金材料作為重要耐高溫結(jié)構(gòu)材料,主要應(yīng)用于航天渦輪葉片。由于母相中析出晶格適配絕佳的γ′沉淀相,以及組分對(duì)化學(xué)反應(yīng)的作用,極端環(huán)境中合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和良好的抗氧化-抗腐蝕能力。高溫合金中Ni基合金的研究與應(yīng)用,加深了對(duì)高溫合金的認(rèn)識(shí),促進(jìn)了合金性能的提升。但隨著Ni基合金的發(fā)展,固相線溫度低的缺陷體現(xiàn)出來(lái)。固相線溫度較高的新型Co基與Ni-Co基合金發(fā)現(xiàn)存在沉淀強(qiáng)化。該類(lèi)合金的力學(xué)與熱力學(xué)問(wèn)題是當(dāng)前高溫合金的領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文主要基于密度泛函理論計(jì)算了（NiCo）₃AlTm高溫合金的彈性常數(shù),體模量,剪切模量,多晶彈性常數(shù),形成焓,吉布斯形成能和本征層錯(cuò)能等。討論主要包括兩個(gè)方向,組分與磁矩對(duì)力學(xué)與熱力學(xué)的作用。合金中Ni位的Co會(huì)增大晶格常數(shù)和體模量,Al位的Cr,Mo,Ti會(huì)因磁性不同產(chǎn)生差異。Ni-Co基合金的形成焓為負(fù)值,說(shuō)明為放熱反應(yīng)�；旌响蕯�(shù)值為正,四元合金可能會(huì)存在相分離存在�？紤]構(gòu)型熵后吉布斯能為負(fù)值,因此有限溫度下四元合金就可能穩(wěn)定存在。本文使用平均場(chǎng)方法計(jì)算的Ni₃Al合金的居里溫度為38.5 K,與實(shí)驗(yàn)符合的很好... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Ni基合金的元素分類(lèi)與周期表相對(duì)位置[3].Fig1.1CategoriesofelementsimportanttotheconstitutionoftheNi-basedalloys,andtheirrelativepositionsinperiodictable[3].

第一章緒論3金的機(jī)械強(qiáng)度。從室溫到800℃依靠L12結(jié)構(gòu)的析出與原子固溶強(qiáng)化，鎳基合金的強(qiáng)度可以持續(xù)增加[11]。因?yàn)镹i基合金對(duì)眾多元素都具有可溶性，元素構(gòu)成非常多樣。合金的相穩(wěn)定會(huì)受周期表位置的影響，如圖1.1，Al，Ti，Nb，Ta傾向進(jìn)入γ′相，也會(huì)提高它的穩(wěn)定性。元素W，Co，Cr，F(xiàn)e，Mo，Ru等和Ni的原子半徑相差不大，會(huì)進(jìn)入γ相。還有一類(lèi)元素是B和C，位于γ相晶界處。從含量角度看，合金中含量較多的元素有Cr，Co，Al，Ti，含量比較低元素的有B和C。另外一些元素只是出現(xiàn)在特定類(lèi)型的Ni基合金中，5d的W，Ta和4d的Mo，Nb，Zr。圖1.2Ni基合金的應(yīng)力與(a)最小蠕變率,(b)斷裂壽命的關(guān)系[12].Fig1.2(a)Minimumcreeprateand(b)lifeofruptureofNi-basedalloyasfunctionofstress[12].元素會(huì)影響析出相的大小和體積分?jǐn)?shù)，而元素的摻雜也會(huì)不同程度的提高合金在抗氧化性和腐蝕的能力。元素Al，Ti和Ta能提高合金γ′相占比，進(jìn)一步會(huì)對(duì)合金抗蠕變性能產(chǎn)生影響。Gibbons等人研究不同組分含量下多晶Ni基合金的蠕變行為和γ′相體積分?jǐn)?shù)[12]。圖1.2為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，施加的應(yīng)力水平不高時(shí)，沉淀相體積分?jǐn)?shù)降低會(huì)引起合金蠕變性能變差，斷裂壽命減少。相同最小蠕變或斷裂壽命下，施加的應(yīng)力大小隨γ′相百分比減小而變低；應(yīng)力條件一致時(shí)，從橫坐

第一章緒論5晶格適配度大于1%，而Ni基合金的適配度為負(fù)0.1%到正0.5%，恰當(dāng)?shù)倪m配度能夠提高合金的強(qiáng)度。本身Co元素就有很高熔點(diǎn)，還能依靠元素提高其他性能，例如添加Cr，Mo，Ti元素能提高合金抗蠕變性能[18,19]，Si，Ta，Cr元素提高合金抗氧化與抗腐蝕方面的能力[20–22]。人們相信Co基合金如果能制備出穩(wěn)定的L12相將具有很大的潛力成為新一代高溫合金。圖1.4Co-Al-W-X(X:Ti,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Mn,Fe,Ni,Si,Zr,Hf,RuandIr)合金的γ′相溶解溫度和γ相固相線溫度,虛線為Co–9Al–10W合金的數(shù)值[23].Fig1.4γ′solvustemperatureandγsolidustemperatureofCo-8.8Al-9.8W-2X(X:Ti,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Mn,Fe,Ni,Si,Zr,Hf,RuandIr)alloysandthoseofCo–9Al–10Walloybeindicatedbydashedlines[23].2006年Sato[5]等人發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的L12結(jié)構(gòu)三元相Co3(Al,W)，Co基合金也有了第二相強(qiáng)化，如1.3圖所示。研究組發(fā)現(xiàn)在Co3(Al,W)中添加Ta，Ti或者Nb到γ′相可以提高相的固熔溫度到~1373K，高于傳統(tǒng)商用的Waspaloy合金。同時(shí)Co3(Al,W)合金也比大部分Ni基合金的熔點(diǎn)高，之后有研究跟進(jìn)系統(tǒng)的報(bào)道了不同元素對(duì)該類(lèi)新合金的穩(wěn)定性，微觀組織和性能的影響[24–26]。雖然W元素的加入提高了Co基高溫合金的相穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度[27]。合金中添加W也會(huì)導(dǎo)致了許多缺陷，比如，提高了材料的密度不利于航空應(yīng)用，造成有害相

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]第一性原理研究壓力和溫度對(duì)Ni3Al合金力學(xué)性能、熱力學(xué)性能和電子結(jié)構(gòu)的影響（英文）[J]. 牛曉峰,黃志偉,閻佩雯,王寶健,宋振亮,王晨晨,趙靜雨,薄延強(qiáng).  稀有金屬材料與工程. 2018(12)



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