用双粒子模型研究微量元素与Ni在Ni3Al晶界共富集现象

双粒子模型的基础是描述原子之间相互作用势为EAM(embedded atom method)势的Monte Carlo模拟.模型建议:在Ni3Al晶界弛豫时,微量元素原子既被看作为偏析子又被看作为诱发子.作为偏析子它在晶界偏析(或富集),作为诱发子它诱发Ni原子在晶界偏析(或富集).可见本模型能解析共偏析(或共富集)现象.根据正(或诱发子)效应与负(或偏析子)效应的联合影响,模型解释了Ni在Ni3Al晶界最明显富集现象.     

镍基单晶超合金Ni/Ni3Al晶界的分子动力学模拟

在镍基单晶超合金中，由于单晶Ni的晶格常数比单晶Ni₃Al的稍小，在Ni/Ni3Al晶界面 上必然要出现错配.采用分子动力学模拟了镍基单晶超合金的Ni/Ni₃Al晶界的结 构，考虑 了两个不同的初始模型，并进行了分子动力学弛豫.弛豫的结果均表明：由于晶格的差异形 成的错配能不是通过长程晶格错配的方式来释放，而是通过在局部区域形成位错的方式释放 的.由于Ni₃Al相周围Ni相环境的不同，形成的位错也有所不同. 关键词： 镍基单晶超合金 晶界 分子动力学模拟     

嵌入原子法研究Ni3Al中点缺陷以及Re择优占位和集团化

基于纯金属元素Ni，Al和Re的基本物理性质，建立了一个Ni-Al-Re三元体系的分析型嵌入原子多体势.结合分子动力学计算了Ni₃Al的平衡晶格常数、弹性模量、结合能、空位形成能以及反位置缺陷形成能，并分析了Ni₃Al中点缺陷的存在形式.计算结果表明，当成分偏离理想化学配比时出现反位置缺陷.同时研究了Re在Ni₃Al中的择优占位以及Re在Ni₃Al和Ni中的集团化行为.计算结果表明，Re在Ni₃Al中优先置换Al的位置，且发现当Re原子团的尺寸接近于11?时，Re原子团的长大趋势变弱.计算结果与实验以及其他的理论计算结果相符合. 关键词： 嵌入原子势 3Al')" href="#">Ni₃Al Re 占位 集团化     

Nb在Ni3Al中取代行为及合金化效应的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波赝势方法,研究了Nb原子在Ni₃Al中的格点取代行为及合金化效应.通过对不同原子被置换后体系的形成热、结合能及电子态密度的计算和比较,发现Nb原子倾向于取代Ni₃Al中的Al原子,其取代行为主要由系统的电子结构决定,计算结果与实验相符.为了进一步研究Nb原子的取代行为,对Nb原子占据的格点以松散或紧凑分布下体系的总能、形成热、结合能以及电子态密度进行了计算,结果表明Nb原子占据的格点更倾向于紧凑分布.为了研究Nb对Ni_{3关键词： 第一性原理 3}Al合金')" href="#">Ni₃Al合金 电子结构 合金化效应     

纳米NiAl-Ni和Ni3Al-Ni合金的低温电阻特性

为了深入理解纳米Al-Ni合金低温下的电子输运过程，使用自主研发的电磁感应加热-自悬浮定向流法制备出Al，Ni和Al-Ni纳米合金粉末，并采用真空热压设备将纳米粉末压制成纳米晶块体，利用自主搭建的低温热电测量系统研究了Al-Ni纳米合金的电阻率随温度(8~300 K)的变化规律。研究结果表明:Al-Ni纳米合金由于形成有序晶相而仍然与Al，Ni纳米晶一样，电阻率随温度的降低而降低。纳米Ni₃Al-Ni和NiAl-Ni在居里温度点附近出现了电阻率随温度变化的极大值点，因为单质Ni的影响，Ni₃Al-Ni的居里温度比粗晶Ni₃Al提高了20 K。由于磁子-电子散射作用和声子-电子散射作用，纳米Ni₃Al-Ni，NiAl-Ni和Ni的电阻率在低温下(8~40 K)与温度呈T2和T4关系。     

模拟锆(Zr) 的基体效应对Ni3Al-x atoms % Zr晶界内聚性的影响(英文)

利用双粒子模型研究微量元素锆(Zr)的基体效应对Ni3Al x atoms % Zr晶界内聚性的影响. 模型显示， x\[锆(Zr)的基体浓度\]从0.1增加到0.5， 在晶界Zr富集是增加的； Ni富集和Al贫乏在x=0.3时趋于最大. 模型还显示， Ni3Al x atoms % Zr晶界的内聚性在x=0.3时为最佳.     

合金化元素Ru和Re在Ni3Al中的相互作用及其对力学性质的影响

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一原理方法,探究了Ru元素和Re元素在Ni₃Al中的相互作用及其对力学性质的影响.计算表明：在绝大多数化学计量比范围内,Ru原子优先占据Ni₃Al中的Ni位,Re原子优先占据Ni₃Al中的Al位,Ru和Re易于聚集分布,占据近邻的Ni-Al原子对.通过差分电荷密度图和态密度图分析得到Ru和Re掺杂会与近邻Ni原子产生轨道相互作用,Ru和Re之间也会产生轨道相互作用.通过计算弹性模量,应用经验判据得到Ru的加入使得Ni₃Al材料抗压缩能力和韧性明显增强,但硬度有所降低.而Ru、Re的同时加入使其抗压缩能力、韧性和硬度都有所增强.     

Ni与钇稳定的氧化锆(111)表面相互作用以及界面活性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了Ni原子在钇稳定的氧化锆(YSZ)(111)和富氧的YSZ(YSZ+O)(111)表面不同位置的吸附, 以及CO和O₂分子在Ni₁(单个镍原子)/YSZ和Ni₁/YSZ+O表面吸附的几何与电子结构特征. 结果表明: 1) 单个Ni原子倾向于吸附在O原子周围, 几乎不吸附在Y原子周围, 且Ni原子在氧空位上吸附最稳定; 2)和YSZ相比, 单个Ni原子在YSZ+O表面易发生氧化现象, Ni原子失去1.06 e电子, 被氧化成了Ni⁺, 吸附能力更强; 3)被氧化的Ni催化活性大幅下降, 大大减弱了表面对O₂和CO等燃料气体的吸附作用.     

Ni4Ti3沉淀相对NiTi形状记忆合金相变行为的影响

采用第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法,建立了共格沉淀相与半共格沉淀相块状/柱状模型,模拟了温度诱发相变和应力诱发相变,分析了Ni₄Ti₃沉淀相对Ni Ti形状记忆合金相变行为的影响．结果表明,Ni₄Ti₃沉淀相本征应变诱发的弹性应力场对相变中马氏体变体类型、形核位置、分布等有重要影响.在温度诱发相变时,共格沉淀相促进部分马氏体变体的形核生长,能显著提高Ni Ti超弹性形状记忆合金的马氏体相变开始温度;在应力诱发相变时,Ni₄Ti₃沉淀相使马氏体早于无沉淀相区域形核,导致了相变应力降低、抑制了马氏体解孪,减小了应力-应变曲线的滞回环.     

合金元素Zr韧化不同计量比Ni3Al合金的微观机制

利用正电子湮没技术（PAT）测量了不同化学计量比二元Ni3₃Al合金及不同Zr含 量Ni3₃Al合金的正电子寿命谱，并估算了合金基体和晶界缺陷处的自由电子密度.结果表明，二元Ni77₇₇Al23₂₃合金的基体和缺陷态的自由电子密度都比二元 Ni74₇₄Al26₂₆合金的高. Ni3₃Al合金晶界缺陷处开空间大于Ni空位或Al空位的开空间，晶界缺 陷处的自 关键词： 3Al合金')" href="#">Ni3₃Al合金 微观机制 自由电子密度 韧化     

Effect of P impurity on NiAlΣ5 grain boundary from first-principles study

First-principles calculations based on the density functional theory(DFT) and ultra-soft pseudopotential are employed to study the atomic configuration and charge density of impurity P in Ni Al Σ5 grain boundary(GB). The negative segregation energy of a P atom proves that a P atom can easily segregate in the Ni Al GB. The atomic configuration and formation energy of the P atom in the Ni Al GB demonstrate that the P atom tends to occupy an interstitial site or substitute a Al atom depending on the Ni/Al atoms ratio. The P atom is preferable to staying in the Ni-rich environment in the Ni Al GB forming P–Ni bonds. Both of the charge density and the deformation charge imply that a P atom is more likely to bond with Ni atoms rather than with Al atoms. The density of states further exhibits the interactions between P atom and Ni atom, and the orbital electrons of P, Ni and Al atoms all contribute to P–Ni bonds in the Ni Al GB. It is worth noting that the P–Ni covalent bonds might embrittle the Ni Al GB and weakens the plasticity of the Ni Al intermetallics.     

Al，Cr共偏析Fe晶界对其结合强度影响的第一性原理研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似(GGA)研究了合金化元素Al,Cr在Fe (210)晶界共偏析的作用。结果表明Cr提高了Fe晶界结合,为韧性杂质;而Al减弱了晶界的结合,是脆性杂质。Cr不能够彻底地消除Al的脆化作用,反而使其脆性增强。基于偏聚能分析表明Cr能有效地阻止Al偏析到晶界,改变Fe的力学性能。     

Grain boundary interdiffusion in the case of concentration-dependent grain boundary diffusion coefficient

The grain boundary diffusion in a binary system which exhibits a grain boundary phase transition is considered in the framework of Fisher's model. The kinetic law of the growth of the grain boundary phase and the distribution of the diffusant near the grain boundary are calculated. The method of determining of the concentration dependence of the grain boundary diffusion coefficient from the experimentally measured penetration profiles of the diffusant along the grain boundaries is suggested. The experimental results on Zn diffusion in Fe(Si) bicrystals, Ni diffusion in Cu bicrystals and grain boundary grooving in Al in the presence of liquid In are discussed in light of the suggested model.     

Theory of grain boundary motion during high-temperature DIGM

A theory of diffusion induced grain boundary migration (DIGM) is presented for high temperatures where volume diffusion of solute atoms out of the grain boundary is important. It is shown that due to the presence of a gradient term in the expression for the free energy of solid solution, even a relatively small discontinuity in the solute distribution across the gain boundary provides enough driving force for grain boundary migration. From the expression obtained for the grain boundary velocity the coefficient for the Ni diffusion across the grain boundaries in a Cu(Ni) polycrystal has been estimated.     

La、Al在Fe晶界上协同作用的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了稀土La和Al在bcc-Fe中Fe晶界处的协同作用影响.计算了La和Al在晶界、表面、晶内的形成能,建立La、Al共存于晶界模型,通过电荷密度、布居分布手段分析了La、Al原子对晶界的影响.结果表明:La、Al原子易偏聚在晶界处,且La-Al的原子间距与体系结合能成正比关系. La的掺杂改善了晶界处的电荷分布情况,促进了Al原子与周围Fe原子间的相互作用,态密度曲线的计算结果显示,La原子的加入能够使La、Fe及Al原子间的键的结合力更强,从而提高了界面结合强度.     

Sr偏析Al晶界结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理赝势方法,计算了纯Al晶界和杂质Sr偏析Al晶界的原子结构和电子结构.结果表明Sr偏析引起了晶界膨胀和晶界处电子密度的大幅度降低,从而导致晶界结合力的减弱.这应为Sr杂质偏析引起的Al晶界脆化的主要根源所在. 关键词： Al晶界 Sr 杂质偏析 第一性原理计算     

B改善单晶和多晶Ni3Al合金力学性能的微观机制

通过测量Ｂ含量从０．００至２．２２ａｔ％的单晶和多晶Ｎｉ₃Ａｌ合金的正电子寿命谱，研究了单晶和多晶Ｎｉ₃Ａｌ合金中的微观缺陷和电子结构。结果表明，多晶Ｎｉ₃Ａｌ合金晶界中存在着开空间大于空位的缺陷。晶界缺陷处参与形成Ｎｉ－Ｎｉ和Ｎｉ－Ａｌ键的价电子浓度比基体或位错处的低，晶界是结合力弱化区域。偏聚到Ｎｉ₃Ａｌ合金缺陷上的Ｂ与缺陷处的Ｎｉ或Ａｌ原子形成强的共价键而增强了这些地方的结合力。以间隙方式固溶到Ｎｉ_{3< 关键词：}     

Al晶界的第一性原理拉伸试验

基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理方法，进行了Al晶界的第一性原理拉伸试验.得到Al晶界的理论拉伸强度为9.5 GPa，对应的应变为16%.根据价电荷密度、键长和原子构型随应变的变化，我们证实断裂发生在晶界面，其特征是所有界面键的断裂.同时还发现在周围原子键的数目减少的情况下，界面重构的Al-Al原子键具有共价键的性质.因此Al晶界依然保持着较高的界面强度. 关键词： Al晶界 第一性原理拉伸试验 理论拉伸强度