合金化对TiT2和Ni－Ni3Al合金性能影响的第一原理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴玉喜 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-05 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王元明 |
| 关键词 | 第一原理 键序分析 合金化效果 致韧作用 环境脆性 |
| 其他题名 | First-principles study on the alloying effects in TiT2 and Ni-Ni3Al systems |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 纯Ti是迄今为止所发现的储氢(氘、氚)密度较高的单质金属材料，它的氢(氘、氚)化物具有较高的热力学稳定性。由于钛的价格相对比较便宜，钛膜也易制备，因此，目前广泛用作超低平衡压氢同位素贮存和氚靶材料。但贮氢(氘、氚)后的钛氢(氘、氚)化物易发生氢(氘、氚)致碎化，钛氢(氘、氚)化物的机械强度也较低，氚衰变产生的3He在基体内的累积所造成的损伤更限制了钛氢(氘、氚)化物的使用寿命。显然，纯Ti已不能完全满足氢同位素贮存对其性能的要求，合金化是改善钛氢(氘、氚)化物力学性能和使用寿命的有效手段之一。实验上寻找理想的储氢(氘、氚)用的钛合金过程既费时，实验周期和成本也很大，还有放射性损伤的危险，所以，本论文希望通过第一原理计算研究合金化对钛氚化物中He行为的影响，以从理论上发现能改善钛氚化物固氦性能的合金元素，为储氢(氘、氚)用钛合金的制备提供参考。 高温合金中的H致脆性问题已经研究了多年，也据此改进了处理工艺，不过，它的作用机理仍存在着争议。理论计算包括第一原理计算，可尝试不同成分、不同结构和不同晶格错配度下的H致脆性问题；尽管第一原理计算结果，不能完全解决实际高温合金中的问题，但可以揭示这些问题的本质。本论文的第二部分主要用第一原理方法研究在Ni－Ni3Al体系中掺杂B、Zr等元素后对抑制H致脆性的作用，以加深对其作用机理的理解。 为了研究TiT2体系中氦（He）的占位行为和过渡族金属合金化的固氦效果，我们建立了用于低He浓度和高He浓度的模型，第一原理计算结果显示： 1）低He浓度时，He倾向于占据衰变前氚（T）所在的四面体间隙位置，而不是空间更大的八面体间隙位置； 2）低He浓度时，合金化元素固氦作用强弱排列如下：Nb > Y > Zr > Pd > Ru > Tc > Rh > Cr > Mo > Ag > Ti > V > Mn > Sc > Fe > Co > Ni > Cu > Cd > Zn； 3）在高He浓度时，He与TiT2中有利的合金元素有成键吸引作用，但He原子之间成反键排斥作用，He由四面体间隙位置向八面体间隙位置迁移； 4）高He浓度时，合金化元素固氦作用强弱排列如下：Y > Nb > Mo > Zr > Cr > Tc > Ru > Rh > Cu > Sc > V > Ti > Mn > Co > Fe > Ni > Pd > Ag > Cd > Zn; 5）不同氦浓度下，合金元素的固氦机制是不同。低He浓度时，有利的合金元素具有比Ti更强的把He捕获在四面体间隙位置的能力，它们降低了He的移动性，进而抑制了大He泡的形成。高He浓度时，理想的合金元素与He原子之间存在尽可能小的排斥作用，从而能延缓He泡的破裂。 第二部分用第一原理方法研究了Ni－Ni3Al合金体系中晶格错配度对H和B的占位行为的影响、B和Zr对体系的致韧作用以及B和Zr对H致脆性的影响： 1）在小的错配度范围内，H和B都能偏析到Ni－Ni3Al合金体系的Ni相，Ni/Ni3Al相界和Ni3Al相，不过，在这些区域B比H具有优先占据权； 2）当错配度变大时，B会从Ni相偏析到Ni/Ni3Al相界，而H仍坚持偏析到Ni相，说明Ni/Ni3Al相界或晶界不是捕获H的陷阱； 3）基于Rice-Wang模型和最大理想剪切应力模型，我们提出了一种用键序计算Griffith界面劈裂功和最大理想剪切应力的方法，从而可以定量地解释H致脆性、B致韧性以及Zr致韧性； 4）Zr倾向于偏析到富Ni的区域。当Ni相、Ni3Al相以及Ni/Ni3Al相界共存时，Zr的偏析倾向从强到弱排列为：Ni区域 > Ni/Ni3Al相界 > Ni3Al区域。这个特点也使得Ni3Al相中的Zr倾向于置换Al原子而不是Ni原子； 5）Zr对Ni相、Ni/Ni3Al相界和Ni3Al相都有致韧作用，其作用强弱排序为：Ni3Al相 > Ni/Ni3Al相界 > Ni相； 6）对比B和Zr对H的形成能的影响，可以发现，不论B在哪个区域（Ni相区域、Ni/Ni3Al相界区域和Ni3Al相区域）中，B都有助于抑制Ni－Ni3Al体系中的H致脆性；而Zr的作用受它的置换环境的影响：在Ni相和Ni /Ni3Al相界上，Zr的置换可抑制H致脆性，但在Ni3Al相中这种置换反倒会促进H的偏析，从而不利于抑制H致脆性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 106 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16879]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴玉喜. 合金化对TiT2和Ni－Ni3Al合金性能影响的第一原理研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。