第一性原理计算Fe从bcc到hcp结构的相变路径及其磁性边界

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了压力作用下Fe从bcc到hcp结构相变的势能面、相变路径以及相变过程中的磁性相边界.结果表明:与Burgers路径不同,相变过程中bcc结构(110)bcc面的剪切和相对滑移相互耦合,并伴随有(110)bcc面间距的减小;这一相变机制可以解释Fe的静高压实验中在相变初期观察到的hcp结构异常.因此,并不需要像Wang和Ingalls提出的那样,在相变过程中引入一个亚稳定的fcc相来解释这些实验结果.对相变势能面的计算表明剪切对相变的发生有激活作用.此外,分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变,相变过渡态位置正好位于磁性相边界上,并对原子磁性对结构转变影响的物理机制进行了讨论.     

高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 分别研究了压力作用下Fe从体心立方 (bcc,α 相) 结构到六角密排(hcp, ε相) 结构相变的两种不同的相变机理: 相变过程中出现亚稳定的面心立方(fcc) 结构(bcc-fcc-hcp) , 以及相变过程中没有出现亚稳定的fcc结构(bcc-hcp) . 计算结果表明: 静水压力条件下, 相变过程中并不会产生亚稳定的fcc结构, 这与最近的原位XRD实验测量结果相一致. 随着压力的增加, fcc-hcp的相变势垒逐渐增加, 压力趋向于阻止Fe从fcc结构到hcp结构的相变. 计算得到了相变过程中原子磁性和结构的详细信息, 分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变, 并且讨论了原子磁性对结构转变影响的物理机理. 此外, 对分子动力学模拟中产生亚稳定的fcc结构的原因也进行了讨论. 关键词： 相变机理 静水压力 第一性原理 铁     

非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了三轴加载的非静水压力和静水压力对铁从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变压力和磁性的影响,结果发现:在0-18 GPa压力范围内,相对静水压力条件,随着压力的升高,bcc结构的原子磁矩在非静水压力下降低得更快;在非静水压力下,相变更容易发生,相变压力随着非静水压力程度的增加而降低;并且对非静水压力对相变压力影响的物理机理进行了讨论.     

非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了三轴加载的非静水压力和静水压力对铁从体心立方结构（bcc,α相）到六角密排结构（hcp,ε相）相变压力和磁性的影响,结果发现：在0—18 GPa压力范围内,相对静水压力条件,随着压力的升高,bcc结构的原子磁矩在非静水压力下降低得更快;在非静水压力下,相变更容易发生,相变压力随着非静水压力程度的增加而降低;并且对非静水压力对相变压力影响的物理机理进行了讨论. 关键词： 相变 非静水压力 第一性原理 铁     

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方（bcc）转变为六角密排（hcp）结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C₃₁和C₃₂在相变前被逐渐硬化,C₃₃则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C₃₃的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系. 关键词： 结构转变 分子动力学 一维应变     

金属Li相稳定性的第一性原理研究

Li在常温常压下为体心立方结构(bcc),随着压力和温度的变化会发生结构转变.本文应用第一性原理方法研究了Li的9R,fcc,hcp和bcc四种不同结构相在基态和有限温度下的相对稳定性.计算表明Li在低温时的最稳定相为六角堆垛的9R相,而且随着温度的变化会发生结构相变,最终在高温时(370K)转变为bcc相.     

深冷温区应变强化S30408奥氏体不锈钢马氏体相变研究北大核心

对S30408奥氏体不锈钢进行室温应变强化,在深冷温区(77K^4.2K)进一步时效处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了应变诱发和热诱发马氏体相变的微观特征,探讨了马氏体相变的微观机理。结果表明:马氏体相变的含量、微观形貌、形核特征和位错组态随着预应变量的增加和温度的降低而改变,且应变强化比温度对相变的影响要大。诱发马氏体与母相奥氏体的位相关系符合K-S关系,其相变的微观机理为γ(fcc)→ε(hcp)、γ(fcc)→α'(bcc)、γ(fcc)→ε(hcp)→α'(bcc)、γ(fcc)→形变孪晶→α'(bcc)。     

深冷温区应变强化S30408奥氏体不锈钢马氏体相变研究

对S30408奥氏体不锈钢进行室温应变强化,在深冷温区(77K~4.2K)进一步时效处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了应变诱发和热诱发马氏体相变的微观特征,探讨了马氏体相变的微观机理。结果表明:马氏体相变的含量、微观形貌、形核特征和位错组态随着预应变量的增加和温度的降低而改变,且应变强化比温度对相变的影响要大。诱发马氏体与母相奥氏体的位相关系符合K-S关系,其相变的微观机理为γ(fcc)→ε(hcp)、γ(fcc)→α'(bcc)、γ(fcc)→ε(hcp)→α'(bcc)、γ(fcc)→形变孪晶→α'(bcc)。     

Fe的结构与物性及其压力效应的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，计算了Fe的几种不同晶体结构的总能量曲线，对HCP结构下晶体结构参数c/a随压强的变化关系做计算分析. 能量计算精度取为0.01 eV/atom. 计算得出： 1) 零温下Fe从bcc到hcp结构的相变压强约为15 GPa，与实验结果相一致； 2) 压强的升高会导致Fe的磁矩减小，最终破坏Fe的磁性； 3) 压强升高引起hcp晶体结构参数c/a缓慢增大，而在地核压强(135—360 GPa)范围内，c/a取常量约1.59能够满足计算精度的要求. 关键词： 第一性原理计算 压力效应 Fe的结构与物性     

α-锆的低压动态力学特性

锆在常态为六角密堆（Hexagonal close-packed，hcp）结构（α相），在高压下转变成六方结构（ω相），温度升高时（1136K以上）转变为体心立方（Body-centered-cubic，bcc）结构（β相），更高温度（2123K）下熔化。锆在较低压力下发生α→β相变，材料强度影响不可忽略，研究表明材料在屈服后发生相变，会对已有的塑性流动起增强作用。本构关系对于研究锆在冲击加载下相变前后、相变期间的物理和力学性质的变化，理解锆的基本动力学特性是必不可少的。     

铁在高压下的结构与磁性的全势的线性Muffin-tin轨道研究

采用全势的线性Muffin-tin轨道(FP-LMTO)方法对铁在高压下的结构和磁性进行了系统的研 究.对铁存在的三种结构bcc,fcc和hcp分别以三种磁性耦合机理在很宽的体积范围内进行了 计算,得到系统的总能、磁矩随体积变化的关系;导出了压强与体积、体弹性模量与体积的 关系曲线;讨论了各相在不同范围内的稳定性;估算了α→ε相之间的转变压强;并把得到 的结果与实验进行了比较,证明所得到的结果与实验是一致的. 关键词： FP-LMTO Bain转变     

高温高压下过渡金属Ru的结构相变

采用基于密度泛函理论的第一性原理和准简谐晶格动力学方法对Ru的六角密排 (hcp)、面心立方 (fcc)、体心四方 (bct) 和体心立方 (bcc) 结构的磁性、晶格结构稳定性和高温高压下的相变进行了系统的研究. 计算获得了各相结构的磁性基态及其稳定性范围, 结果表明: 零温下在计算的压力范围内, NM-hcp 结构是Ru最稳定的结构, 压力的单独作用下并没有相变的发生; NM-fcc结构是Ru的亚稳定结构, 而NM-bcc和FM-bct结构在动力学上并不稳定. 高温高压下Ru将发生从NM-hcp到NM-fcc结构的相变, 并给出了Ru的温度压力相图. 关键词： 相变 晶格稳定性 磁性 第一性原理     

单轴应变驱动铁bcc—hcp相转变的微观模拟

用分子动力学方法模拟了沿〈001〉晶向应变加载和卸载情况下单晶铁中体心立方(bcc)与六方密排(hcp)结构的相互转变,分析了相变的可逆性和微结构演化特征.微观应力的变化显示样品具有超弹性性质,而温度变化表明在相变和逆相变过程中均出现放热现象.相变起始于爆发式均匀形核,晶核由块状颗粒迅速生长为沿{011}晶面的片状分层结构; 而卸载逆相变则从形核开始就呈现片状形态,且相界面晶面指数与加载相变完全一致,表现出形态记忆效应.在两hcp晶核生长的交界面易形成面心立方(fcc)堆垛层错. fcc通过在hcp晶粒内     

铁的冲击相变机制的分子动力学研究

 用分子动力学方法模拟计算了在冲击波加载条件下，单晶铁中的结构相变（由体心立方结构α相到六角密排结构ε相），相互作用势采用铁的嵌入式原子势（EAM），单晶铁样品的尺寸为28.7 nm×22.9 nm×22.9 nm，总原子数为1.28×10⁶个。通过推动一个运动活塞对静止靶的作用来产生冲击压缩，加载方向沿单晶铁的[100]晶向。通过对原子位置的追踪，揭示了铁的冲击相变机制，计算结果表明相变机制包括两步：首先是在{011}面上的原子受到沿〈100〉晶向的压缩，使{011}面转化成正六角形密排面；然后是在{011}面上原子沿〈0-11〉晶向的滑移，完成由bcc结构到hcp结构的相变。同时发现滑移面只出现在与冲击波加载方向平行的(011)和(0-11)面上。     

XAFS和XRD研究高能球磨对Fe70Cu30合金结构的影响

利用XRD和XAFS方法研究机械合金化Fe70Cu30二元金属合金随球磨时间的结构变化.XRD结果表明,球磨2 h后,部分金属Fe与Cu生成Fe-Cu合金;球磨20h后,金属Fe与Cu已完全合金化生成Fe-Cu合金,并只在2θ=44°处出现一个宽化的弱衍射峰,认为是在球磨20h后的Fe70Cu30合金中共存着fcc和bcc结构的Fe-Cu合金相.XAFS结果进一步表明,在球磨的初始阶段(2h),fcc结构的Cu颗粒的晶格产生较大的畸变,其无序度σ(σ＝σT+σS)为0.0190nm.球磨5h后,部分fcc结构的Cu原子进入了无序度相对较小的bcc结构的α-Fe相,导致Cu原子的平均无序度σ降为0.0108 nm.球磨10h后,样品中很大比例的Fe原子处于fcc结构的Fe-Cu合金相,其无序度为σ=0.0119 nm;而大部分Cu原子依然保持fcc结构,无序度为σ=0.0110 nm.这是由于扩散到bcc结构α-Fe相的Cu原子超过某一浓度后(约30%-40%),Cu原子能诱导其产生fcc结构相变所致.球磨时间增加到20h,样品中Cu原子和Fe原子在fcc和bcc相的比例与球磨10h基本相同,生成的Fe-Cu合金混合相的组成和结构分别近似于bcc结构的Fe80Cu20和fcc结构的Fe60Cu40.     

第一原理对铝的静态结构和相变的计算

 在密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA）下,用缀加平面波加局域轨道（APW+lo）方法对铝的晶格常数、体弹模量以及在静态高压下的固态相变进行了计算。计算得出面心立方晶格结构（fcc）向六角密堆积结构（hcp）和体心立方结构（bcc）的相变分别发生在220 GPa和330 GPa,hcp向体心结构bcc的相变发生在380 GPa。计算结果和实验数据以及其它理论计算符合较好。     

纳米多晶铁的冲击相变研究

利用分子动力学方法研究了不同晶粒度的纳米多晶铁在冲击压缩下的结构相变过程,模拟结果表明:纳米多晶铁的冲击结构相变(由体心立方(bcc)结构 α 相到六角密排(hcp)结构 ε 相)发生的临界冲击应力在15 GPa左右.纳米多晶铁在经过弹性压缩变形后,晶界导致的塑性变形开始发生,然后大多数相变从晶界成核并最终发展为大规模相变.不同变形过程在应力和粒子速度剖面上能得到清晰的体现,并通过微观原子结构分析分辨.冲击压缩后的微观结构以晶界原子和以fcc结构原子充当孪晶界的hcp原子为主.晶粒度明显影响晶界变形及相变 关键词： 冲击相变 纳米多晶铁 冲击波 分子动力学     

机械合金化Fe100-xCux体系的X射线吸收精细结构研究

利用X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究机械合金化制备的Fe_100-xCu_x(x=0,10,20,40,60,70,80,100,x为原子百分比)合金中Fe和Cu原子的局域环境结构.对于Fe_100-xCu_x(x≥40)二元混合物,球磨160h后,Fe原子的近邻配位结构从bcc转变为fcc,但Cu原子的近邻结构保持其fcc不变.与之相反,在Fe₈₀Cu₂₀和Fe₉₀Cu₁₀(x≤20)合金中,Fe原子的近邻配位保持其bcc结构而Cu原子的近邻配位结构从fcc转变为bcc结构.XAFS结果还表明,fcc结构的Fe_100-xCu_x样品中Fe的无序因子σ(0.0099nm)比bcc结构的Fe_100-xCu_x中的σ(0.0081nm)大得多;并且在机械合金化Fe_100-xCu_x(x≥40)样品中Fe原子的σ(0.0099nm)比其Cu原子的σ(0.0089nm)大.这表明机械合金化Fe_100-xCu_x样品中Fe和Cu原子可以有相同的局域结构环境但不是均匀的过饱和固溶体,而是由Fe富集区和Cu富集区组成的合金.我们提出互扩散和诱导相变机理来解释在球磨过程中Fe_100-xCu_x合金产生从bcc到fcc和从fcc到bcc变化的结构相变 关键词： XAFS 100-xCu_x合金')" href="#">Fe_100-xCu_x合金 机械合金化     

第一性原理对金的高压相变和零温物态方程的计算

在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程. 关键词： 缀加平面波方法 固态相变 电子态密度 物态方程     

室温下压致铁钴镍合金的bcc→hcp相变

 本文采用高压X光衍射方法在金刚石对顶压砧中在位地（in situ）研究了Fe₆₈Co₂₄Ni₈（wt%）合金在室温下的压致bcc→hcp结构相变和直到40.5 GPa的等温压缩行为。实验结果表明该合金在常压下为bcc结构，晶格常数a₀=(0.287 0±0.000 1) nm，体积V₀=(7.119±0.007) cm³/mol，密度ρ₀=(7.981±0.008) g/cm³；在20.9 GPa附近出现bcc→hcp结构相变，两相共存压力区约10 GPa，在此区域内有晶面间距d(002)_hcp=d(110)_bcc，且原子平面(002)_hcp//(110)_bcc，hcp相比bcc相体积减小(0.33±0.02) cm³/mol；高压相hcp结构的晶格参数比值c/a=1.608±0.004；相变后原子配位数的增加使得hcp相(002)平面内及(002)平面间的最近邻原子间距比bcc相最近邻原子间距分别增大约1.6%和0.5%；用Murnaghan状态方程对实验数据进行最小二乘法拟合，得到bcc相B₀=(130±13) GPa，B₀'=12.6±0.5；hcp相V₀=(6.62±0.04) cm³/mol，B₀=(243±21) GPa，B₀'=6.8±0.3；对于该合金的bcc→fcp相变时的结构转变机制做了详细的讨论。