NiAl金屬間化合物力學(xué)性質(zhì)B,P合金化效應(yīng)的計(jì)算研究.pdf

1、B2結(jié)構(gòu)NiAl具有高熔點(diǎn)、密度小、導(dǎo)熱性好、高溫抗氧化性能好等優(yōu)點(diǎn)，被人們視為用來替代現(xiàn)有Ni基合金的一種理想的航空材料，但NiAl的實(shí)際應(yīng)用卻受到金屬間化合物本身室溫塑、韌性較差的限制。為了改善NiAl金屬間化合物的室溫脆性，國(guó)內(nèi)外科研人員分別在合金化、細(xì)化晶粒等方面開展了大量的研究工作，本文根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取B2-NiAl作為研究對(duì)象，根據(jù)NiAl的微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與宏觀性能等建立了分析B2-NiAl本征力學(xué)性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的物

2、理量，采用第一原理基于虛擬晶體勢(shì)函數(shù)(VCA)近似，計(jì)算研究了NiAl金屬間化合物力學(xué)性質(zhì)的合金化效應(yīng)，研究結(jié)果期望為高溫結(jié)構(gòu)材料性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
　　計(jì)算了NiAl金屬間化合物的平衡晶格常數(shù)、結(jié)合能、合金形成熱、態(tài)密度和能帶，發(fā)現(xiàn)平衡晶格常數(shù)、合金形成熱、彈性常數(shù)的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值和他人計(jì)算結(jié)果基本吻合。
　　計(jì)算了B元素在NiAl合金中的占位情況。從晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果來看，B占據(jù)四面體間隙的γ位置，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后

3、，B原子傾向到八面體間隙的α位置，由此可以確定B原子合金化后占據(jù)尺寸較小的八面體間隙；B合金化后三種位置的形成熱與結(jié)合能非常結(jié)近，從電荷集居數(shù)、電荷密度、晶格畸變量及晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果來看，B原子占據(jù)八面體間隙的α位置的可能性較大；計(jì)算了B元素合金化前后NiAl合金的電子結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)B元素合金化降低了NiAl的硬度，但提高延性。
　　計(jì)算了P元素在NiAl合金中的五種摻雜位置。從合金能量學(xué)的角度來看，P原子占據(jù)間隙位置的可

4、能性較小，容易以原子置換的形式存在。從晶格畸變量來看，P原子占據(jù)三種間隙位置，相對(duì)于P置換Ni或Al原子位置，晶胞體積變動(dòng)量要大得多，由此可見P置換Ni或Al原子時(shí)，合金化體系的能量低，體系趨于穩(wěn)定。
　　計(jì)算分析了P元素合金化濃度(濃度x≤6.25％)的變化對(duì)NiAl合金力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)P合金化濃度在0.125％(均為原子百分比)附近，B2-NiAl晶體的延性最好、硬度最小，在0.188％附近，B2-NiAl晶體產(chǎn)生強(qiáng)烈的固