稀土La在α-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了α-Fe的Σ3[110](112)对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在α-Fe中的占位倾向.结果表明,La在α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定.     

稀土La在$lt;em$gt;α$lt;/em$gt;-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了 α-Fe的Σ3[110]（112）对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在 α-Fe中的占位倾向. 结果表明,La在 α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的 α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于 α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定. 关键词： La α-Fe')" href="#">α-Fe 晶界 第一性原理     

包含倾斜晶界的双晶ZnO的热输运行为

用嵌入位错线法和重合位置点阵法构建含有小角度和大角度倾斜角的双晶氧化锌纳米结构.用非平衡分子动力学方法模拟双晶氧化锌在不同倾斜角度下的晶界能、卡皮查热阻,并研究了样本长度和温度对卡皮查热阻和热导率的影响.模拟结果表明,晶界能在小角度区域随倾斜角线性增加,而在大角度区域达到稳定,与卡皮查热阻的变化趋势一致.热导率随样本长度的增加而增加,卡皮查热阻表现出相反的趋势.然而随着温度的增加,热导率和卡皮查热阻都减小.通过比较含5.45°和38.94°晶界样本的声子态密度,发现声子光学支对热传导的影响不大,主要由声子声学支贡献,大角度晶界对声子散射作用更强,声学支波峰向低频率移动.     

Al,Cr共偏析α-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α-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能有效地抑制Al偏析到晶界,提高α-Fe的力学性能.     

B掺入Cu∑5晶界间隙位性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法对清洁Cu∑5晶界与有B掺杂 到间隙位的Cu∑5晶界进 行了拉伸和压缩的模拟研究. 结果分析表明, Cu∑ 5晶界结合因B的掺入得到加强. 清洁Cu∑5晶界处因有较大空隙而存在电子密度低的区域, 晶界结合相对较弱, 在拉伸过程中晶界从其界面处开始断裂. 有B掺杂在间隙位的Cu∑5晶界电子由Cu向Cu-B间积聚, 晶界结合相对较强, 拉伸时晶界从其近邻原子层开始断裂. 在形变小于20%的压缩过程中, B的掺入未对晶界产生明显影响. 关键词： 第一性原理 Cu晶界 B掺杂 拉伸压缩     

杂质对镁合金耐蚀性影响的电子理论研究

利用大角重位点阵模型建立了Mg合金［0001］对称倾斜晶界模型，应用实空间的连分数方法计算了杂质在晶界的偏聚能，杂质原子间相互作用能和不同体系的费米能级，讨论了杂质在晶界的偏聚行为，杂质间的相互作用与有序化的关系及杂质对镁合金腐蚀性能影响的物理本质. 计算结果表明，杂质原子偏聚于晶界，且主要偏聚于晶界的压缩区；杂质原子间相互排斥，因此在晶界区形成有序相；费米能级与材料的腐蚀电位存在这样的关系：材料的费米能级越高，其腐蚀电位就越低，容易被腐蚀，相反费米能级低，其腐蚀电位就高，不容易腐蚀. 体系中成分不同区域的费米能级差导致电子从费米能级高的区域流向费米能级低的区域，正是费米能级差构成了镁合金电化学腐蚀的电动势. 关键词： 电子理论 晶界偏聚 镁合金 腐蚀机理     

微合金化元素晶界偏聚与钢的超细化理论研究

通过计算机编程建立钢奥氏体相中Σ5〈001〉/(210)大角晶界模型，用实空间的递推方法计 算碳、氮及微合金元素在完整晶体及晶界区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论碳、氮及微合 金元素在晶界区的偏聚及交互作用.计算结果表明，轻杂质C，N易偏聚于晶界区，且形成气 团；微合金元素在完整的奥氏体中趋于均匀分布，Ti，V，Nb易占位于晶界三角棱柱的顶部( 压缩区)，且其加入量足够大时，它们能够在晶界区形成气团；微合金元素能够偏聚于C，N 掺杂的大角晶界区，当温度下降使得C，N及微合金元素的浓度超过其最大固溶度时，在钢的 奥氏体晶界区将有C，N化合物脱溶，这些化合物既可成为奥氏体再结晶的异质晶核，又可以 阻碍奥氏体晶粒长大，故可起到细化晶粒作用.在微合金元素中Nb的细化效果最好. 关键词： 电子结构 晶界偏聚 超细化     

晶界内耗研究的新进展

由不同取向差的纯Al双晶的内耗实验观察到,不同类型晶界的弛豫参量有明显差别.用耦合模型对内耗数据的分析表明,小角度晶界内耗的基本机制是位错攀移,而大角度晶界内耗的基本机制是晶界扩散.在此基础上,对多晶中晶界内耗的一些特征也作了解释.     

单向拉伸作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

应用分子动力学方法研究了在不同扭转角度下的Cu（100）失配晶界位错结构,以及不同位错结构对晶界强度的影响.模拟结果表明：小角度扭转晶界上将形成失配位错网,失配位错密度随着晶粒之间的失配扭转角度的增加而增加.变形过程中,位错网每个单元中均产生位错形核扩展.位错之间的塞积作用影响晶界的屈服强度：随着位错网格密度的增加,位错之间的塞积作用增强,界面的屈服强度得到提高.大角度扭转晶界将形成面缺陷,在变形中位错由晶界角点处形核扩展,此时由于面缺陷位错开动应力趋于一致,因此晶界的临界屈服强度趋于定值. 关键词： 扭转晶界 失配位错网 强化机理 分子动力学     

剪切作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

本文采用分子动力学方法研究了在剪切载荷作用下,Cu(100)扭转晶界对Cu柱屈服强度的影响.模拟结果发现,在加载过程中,低角度扭转晶界形成的位错网发生位错形核与扩展,位错之间的塞积作用提高了Cu柱的屈服强度;对于高角度扭转晶界,晶界发生滑动降低了Cu柱的屈服强度.同时发现,随着扭转角度的增加,Cu柱的屈服强度先增大,当扭转角度大于临界角度时,Cu柱的屈服应力逐渐减小.这表明剪切载荷作用下,两种不同的机理主导Cu柱的屈服,对于小于临界角度的扭转晶界,Cu柱的屈服由晶界位错形核和扩展机理主导,对于大于临界角度 关键词： 扭转晶界 分子动力学 位错形核 晶界滑移     

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     

纳米晶体材料中小角度晶界湮没过程研究

本文针对纳米晶材料演化过程中的小角度晶界湮没,建立位错运动方程,计算模拟小角度晶界的晶格位错在外应力的作用下发生的运动,结果表明导致小角度晶界湮没的重要原因是切应力作用,破坏了晶界位错的受力平衡。这种湮没过程导致了高浓度的可整体移动的晶格位错形成。在纳米晶体材料中,这种被施加应力诱发的位错集体迁移,具有可塑的局部流动特性。     

利用Pr_(70)Cu_(30)晶界扩散改善烧结钕铁硼废料矫顽力的研究

钕铁硼磁体制备过程中出现的部分块体废料由于矫顽力较低,性能难以满足使用要求.本文主要通过晶界扩散技术来提高废料磁体的矫顽力.采用Pr_(70)Cu_(30)合金作为扩散介质,对烧结钕铁硼废料磁体进行了晶界扩散处理,研究了扩散温度、扩散时间和回火时间对扩散后的磁体性能的影响.结果显示,800℃下扩散3 h,磁体的矫顽力从原来的7.88 kOe(1 Oe=79.5775 A/m)提升至11.55 kOe,提升幅度为46.6%,同时剩磁没有明显降低.扩散后回火对矫顽力的提升有一定的作用.800℃下扩散4h后的磁体在500℃回火3h后,最高矫顽力可达11.97 kOe,比原磁体废料提高了51.9%,接近成品磁体的水平.显微组织分析证实了晶界扩散的作用.扩散处理后的磁体中,主相晶粒间形成了连续晶间相,起到有效的磁隔离作用,有利于矫顽力的提高.研究还发现,Pr_(70)Cu_(30)晶界扩散虽然可以使磁体腐蚀电位上升,但也会增加腐蚀电流密度,不利于磁体抗腐蚀性的改善.本文工作对于提高材料的成品率具有重要意义.     

第一性原理方法研究He掺杂Al晶界力学性质

基于密度泛函理论方法,本文开展了氦掺杂AlΣ3((111)/180°)晶界数值模拟拉伸试验.计算结果表明,He在晶界中最低杂质形成能为2.942 eV,偏析到晶界的偏析能为0.085 eV;在拉伸条件下,清洁Σ3晶界的理论拉伸强度为9.65 GPa,拉伸断裂从晶界界面开始;而He掺杂后,晶界的理论拉伸强度下降到7.14 GPa,在断裂发生前应力曲线中出现平台效应,拉伸断裂从包含He杂质的界面开始.通过对比键长和电荷密度分布,本文认为He的满壳层电子结构一方面导致了He与Al之间 关键词： He 晶界 第一性原理计算 力学性质     

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。     

晶界对金刚石紫外探测器时间响应性能的影响

持续光电导现象是影响多晶金刚石紫外探测器时间响应性能的一个不利因素,它的存在会大大延长探测器的响应时间.本文在微米晶金刚石薄膜上制备了叉指电极间距分别为20μm和30μm的紫外探测器(分别称为器件A和器件B),讨论了晶界对多晶金刚石紫外探测器时间响应性能的影响.结果表明,器件A和器件B均表现出持续光电导和光电导增益现象,并且器件B比器件A更显著.分析得出,晶界缺陷可能在金刚石带隙中引入一个浅能级并起少数载流子陷阱中心的作用,导致了探测器的持续光电导现象和高增益.相比器件A,器件B电极间具有更多的晶界数量,因此器件B表现出更为显著的持续光电导和更高的光电导增益.     

ZA27合金晶界处铁、稀土元素的有序化与交互作用

为从理论上揭示铁、稀土元素在锌铝合金晶界处的行为本质，建立了ZA27合金中α相大角度重位点阵晶界模型，利用递归法(Recursion)计算了晶界的电子结构(状态密度、费米能级、结构能).用晶界结构能定义合金的团簇能(有序能)，并计算了偏聚铁及稀土晶界的团簇能.计算结果表明：铁、稀土元素在锌铝合金晶界处团簇能为正值，不能形成团簇，具有有序化倾向，趋于形成稳定的金属间化合物.铁与稀土元素在晶界形成负电中心，降低晶界的费米能级. 关键词： 稀土 晶界 电子结构 有序化     

晶体相场法研究晶粒缩小过程中的位错湮灭与晶界迁移

通过晶体相场法模拟了与基体三种不同取向圆形晶粒在缩小过程中晶界上的位错湮灭机制与晶界迁移机制.研究结果表明:当圆形晶粒和基体的取向差17°时,圆形晶粒和基体形成位错核心重叠的大角晶界,用位错模型难以解释该演化过程,但结果表明圆形晶粒半径的平方与演化时间成线性关系,该关系与弯曲晶界迁移理论相互印证;当取向差为4°时,圆形晶粒和基体形成由分离位错构成的小角晶界,在该晶粒缩小的过程中,位错以径向攀移为主且会发生晶粒转动以调整位错间距,随着位错间距的减小相互靠近的位错发生反应;当取向差为10°时,晶界既有位错核心重叠较小的部分也有由分离位错构成的部分,在晶粒缩小时晶界演化表现为位错径向攀移和切向运动,两种运动的耦合运动使得能相互反应的位错相互靠近并发生反应.     

界面旋转角对双晶镁力学性质影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了在拉伸载荷下晶界对双晶镁变形机制的影响,对不同旋转角度的模型以及对称与非对称结构的模型进行了研究.模拟结果表明:应变加载方向与晶向所成角度对双晶镁塑形变形阶段的流动应力能够产生明显的影响;对称结构的双晶镁模型的塑性性质明显优于非对称结构模型.研究结果还发现,由于晶界区域不同的位错成核及发射等运动,大角度双晶模型的塑性响应明显优于对应小角度模型的塑性响应.     

第一性原理研究Zn偏析对CuΣ5晶界的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Zn偏析Cu晶界的原子构型和电子结构,分析了Zn偏析对Cu晶界力学性能的影响.结果表明,Zn以替换方式偏析到晶界处,Zn—Cu与Cu—Cu的成键方式类似,均为含有共价成分的金属键.Zn偏析导致少量电荷集聚于Zn与近邻Cu之间,有限地增强了晶界的结合.拉伸过程中Zn的d轨道定域性增强,Zn与近邻Cu间的电荷密度下降,削弱了Zn—Cu键,导致晶界断裂发生在Zn—Cu间.