合金平面價(jià)電子結(jié)構(gòu)與合金馬氏體中合金元素原子雜化狀態(tài)的確定.pdf

1、新材料技術(shù)已成為現(xiàn)代社會發(fā)展的支柱之一，引起了世界各工業(yè)國的高度重視。各國在研究和開發(fā)中都投入了很大的力量。但長期以來，各種金屬材料的研制主要是沿用實(shí)驗(yàn)—測試—總結(jié)規(guī)律的傳統(tǒng)的“炒菜式”方法，國外稱之為“試行錯(cuò)誤”（Trial and Error Method）方法。這種方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)，必須投入巨大的人力物力反復(fù)嘗試，周期長，耗資大，與現(xiàn)代高科技的發(fā)展對材料的研制的要求不相適應(yīng)。造成這種局面的根本原因之一就在于材料科學(xué)的研究還大多停留

2、在原子結(jié)構(gòu)層次上，凝聚態(tài)物質(zhì)的原子價(jià)電子結(jié)構(gòu)與合金成分、結(jié)構(gòu)、性能之間的本質(zhì)關(guān)系還未被揭示出來。 吉林大學(xué)物理系教授余瑞璜從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，根據(jù)Pauling的金屬電子理論，通過對已有的能帶理論、共價(jià)鍵理論以及電子濃度理論進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和比較，對大量的包括中子衍射、電子衍射、穆斯鮑爾效應(yīng)、回旋共振和正電子湮沒等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)合周期表上前78種元素和上千種晶體和分子結(jié)構(gòu)，對一般的合金相圖及一系

3、列物理性能資料進(jìn)行了檢驗(yàn)和全面總結(jié)，于1978年提出了用于處理復(fù)雜體系的“固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論”，即余氏理論(EET)。對于點(diǎn)陣參數(shù)已知的晶體結(jié)構(gòu)，EET能給出晶體中鍵絡(luò)上的電子分布和原子所處的狀態(tài)，用來計(jì)算晶體的結(jié)合能、熔點(diǎn)、合金相圖等，開創(chuàng)了材料設(shè)計(jì)的新途徑。 本文以余氏固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論(EET)和程氏改進(jìn)的TFD理論為指導(dǎo)，應(yīng)用平面價(jià)電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法和原子狀態(tài)判定因子，研究確定了合金奧氏體與合金馬氏體中各原子的雜

4、化狀態(tài)。當(dāng)合金中存在異相界面且按一定的位向關(guān)系相匹配時(shí)，對原子的定態(tài)除了考慮鍵距差|ΔD|的大小之外，同樣要考慮相對電子密度差的大小，綜合考慮了兩種因素的影響，并以鍵距差和相對電子密度差計(jì)算方法為基礎(chǔ)編寫了VC++程序，實(shí)現(xiàn)了對各元素雜階的掃描計(jì)算，并利用計(jì)算所得的信息從價(jià)電子結(jié)構(gòu)的角度研究了Fe-C-Me合金奧氏體和Fe-C-Me合金馬氏體的價(jià)電子結(jié)構(gòu),界面電子結(jié)構(gòu)及晶胞中原子雜化狀態(tài)。 研究Fe-C-Me合金奧氏體時(shí)，通過分

5、析Fe-C奧氏體(111)晶面和Fe-C-Me合金奧氏體(111)晶面的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用原子雜化狀態(tài)判定因子 確定合金奧氏體晶胞中原子的雜化狀態(tài)。結(jié)果表明：在Fe-C-Mo晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Mo的雜化狀態(tài)分別為B14(或B15)、B16、C8(或C9)階；在Fe-C-Cu晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Cu原子的雜化狀態(tài)分別為B13(或B14)、B15、B8(或B9)階；在Fe-C-Nb晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Nb原子的雜化狀態(tài)分別為B1

6、6、B17(或B18)、B8(或B9)階；在Fe-C-Co晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Co原子的雜化狀態(tài)分別為B13(或B14)、B15、B16(或B17)階。 研究Fe-C-Me合金馬氏體原子雜化狀態(tài)時(shí)，根據(jù)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變過程中，新相馬氏體的(110)面平行于母相奧氏體的(111)晶面，即存在著(111)γ//(110)α位向關(guān)系，通過分析Fe-C-Me合金奧氏體(111)晶面和Fe-C-Me合金馬氏體(110)晶面的價(jià)電子結(jié)

7、構(gòu)，應(yīng)用原子雜化狀態(tài)判定因子 確定合金馬氏體中原子的雜化狀態(tài)。結(jié)果表明：在Fe-C-Cr晶胞中，F(xiàn)e2、Fe3、Cr的雜化狀態(tài)分別為A14、A13、A14(或A15)階；在Fe-C-W晶胞中，F(xiàn)e2、Fe3、W原子的雜化狀態(tài)分別為A13、A11、A4(或A5)階；在Fe-C-Si晶胞中，F(xiàn)e2、Fe3、Si原子的雜化狀態(tài)分別為A12、A11、A6(或A2)階；在Fe-C-Ni晶胞中，F(xiàn)e2、Fe3、Ni原子的雜化狀態(tài)分別為A12、A11