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。A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.     

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.     

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     

Mo,Ta, W在NixAl1-x(x=0.25,0.5,0.75) 中的择优占位

用多体势结合分子动力学计算了L1₂型NiAl₃, L1₂型Ni₃Al, L1₀型NiAl和B₂ 型NiAl的晶格常数, 结合能以及合金形成热; 分析了结构性点缺陷在上述四种合金中的存在形式; 在此基础上研究了合金化元素Mo, Ta, W在Ni_xAl_1-x(x=0.25,0.5,0.75)中的择优占位行为. 计算结果表明: 对于四种结构的Ni-Al合金, 偏离理想化学配比时,主要的结构缺陷形式是反位置; 根据占位能最小化, 第三组元元素Mo, Ta, W在上述四种Ni-Al中都显著优先占据Al格位. 关键词： 多体势 Ni-Al合金 占位     

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     

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. 关键词： 偏析子与诱发子 基体效应 在晶界共富集 晶界内聚性     

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     

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算

利用原子探针层析技术(APT)和热处理时效方法,研究了合金元素Ni对核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响.实验结果表明,添加合金元素Ni(0.84wt%)的样品中析出富Cu原子团簇的数量密度高于不添加Ni的样品,富Cu原子团簇内以及团簇和基体界面处都有Ni元素的富集现象,这说明合金元素Ni会促使富Cu原子团簇的析出.从多体势的角度出发,利用嵌入原子势理论,基于纯金属元素Fe,Cu,Ni的多体势参数,建立了Fe-Cu二元和Fe-Cu-Ni三元体系的嵌入原子多体势.计算结果表明,当模拟合金中存在1at%Ni时有利于富Cu原子团簇的析出,这与实验结果相符.     

ConAl (n= 1–8)合金团簇结构和磁性质研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对Co_nAl (n= 1–8)合金团簇进行了系统的几何、 电子结构和磁性质研究. 研究结果表明Al原子倾向于与Co原子形成最大的成键数, 即Al原子均处在团簇原子拥有最大配位数的位置上. Al掺杂后Co_nAl团簇的稳定性减弱, 磁性降低. 磁性降低的幅度与实验上对较大Co_nAl_M团簇的磁性检测结果获得了很好地符合. 在所有Co_nAl团簇的最稳定结构中, 除Co₄Al外, Al与近邻Co原子均呈现反铁磁性耦合. 相对于纯Co团簇,非磁性Al元素的掺入以及Al掺杂后Co原子整体自旋极化的减弱 是导致Co_nAl团簇磁性的降低主要原因. 关键词： nAl合金团簇')" href="#">Co_nAl合金团簇 几何结构 磁性 自旋极化     

铬和镍的添加对Fe3Al合金力学性能影响的DFT研究

利用第一原理研究了过渡金属元素 Cr 或 Ni 在 Fe₃Al合金中的优先占位行为及其合金化效应. 计算结果表明: Cr 或 Ni 的取代有助于Fe₃Al 合金体系更稳定, Cr 优先占据 Fe_I 位, Ni 优先占据 Fe_II位. Fe₂NiAl-II 具有最小的剪切模量G, 杨氏模量E和G/B值, 因此Fe₂NiAl-II合金的韧性、延展性最佳. 态密度和电荷密度图表明, 过渡金属元素的取代提高了它们与近邻基体原子之间的相互作用, 削弱了Al和Fe的相互作用.     

First-principles study of solute diffusion in Ni_3Al

Using first-principles calculations in combination with Wagner–Schottky and kinetic Monte Carlo methods, the diffusion behaviors of solutes via various vacancy-mediated diffusion mechanisms in L1_2 γ-Ni_3Al were investigated. The formation energies of the point defects and the migration energies for solutes were calculated. Adding alloying elements can decrease the defect-formation energies of Ni_(Al), increase the defect-formation energies of Al_(Ni), and have little effect on the formation energy of V_(Ni). The migration energies of solutes are related with the site preference and the diffusion mechanism. The diffusion coefficients of Ni, Al, and solutes were calculated, and the concentration of antisite defects plays a crucial role in the elemental diffusion.     

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。     

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.     

Three-Ni-atom cluster formed by sulfur adsorption on Ni(1 1 1)

Sulfur adsorption on Ni(1 1 1) at room temperature has been studied by scanning tunneling microscopy. Irregularly-shaped islands, which are aggregates of small particles, appear with troughs on (1 1 1) terraces. Estimating the number of small particles in the irregular islands and that of Ni atoms ejected through the formation of troughs, we find that each small particle contains three Ni atoms. A three-Ni-atom cluster is proposed, where three S atoms are adsorbed on 4-fold hollow sites formed on the sides of the cluster. The Ni₃S₃ cluster can assume two orientations on the (1 1 1) surface. We show that the apparently-irregular distribution of small particles is well understood by assuming the alternate orientation of neighboring Ni₃S₃ clusters and the slight energy difference between the two orientations of a single Ni₃S₃ cluster. Real-time observation of a Ni(1 1 1) surface under H₂S ambience reveals that small islands composed of three or four Ni₃S₃ clusters change their positions rapidly, preventing the simple growth of islands at the initially-nucleated positions.     

嵌入原子法计算金属钚中点缺陷的能量

钚因放射性衰变而出现老化效应.钚中点缺陷的性质和行为是理解钚老化效应的一个基础和前提.运用分子动力学模拟技术,计算了金属钚中点缺陷和点缺陷团簇的形成能和结合能.其中钚-钚、钚-氦和氦-氦相互作用势分别采用嵌入原子多体势、Morse对势和Lennard-Jones对势.计算结果表明,单个自间隙原子易以〈100〉哑铃状形态存在;间隙氦原子在理想晶格的八面体间隙位置相对较为稳定;氦原子与空位的结合能较大,在钚的自辐照过程中两者易于结合并形成氦-空位团簇;氦-空位团簇的形成能随氦原子数的增加而增大,当氦与空位的数     

Antisite Defects of the L12 Structure Determined by the Phase Field Microelasticity Model

A phase field microelasticity simulation is performed to examine the antisite defect of L12-Ni3Al in Ni75Al5.3 V19.7 ternary alloy. Combinimg strain energy with the phase field model leads to an atom configuration change as time proceeds. For the Ni sublattice, the antisite defect AlNi, the equilibrium occupancy probability （OP） of which declines, precedes NiNi and VNi in reaching equilibrium; subsequently, NiNi and VNi present a phenomenon of symmetrical rise and decline individually. Similarly, for the Al sublattice, the antisite defect NiAl, the OP of which eventually rises, takes fewer time steps than AlAl and VAl to attain equilibrium. Thereafter, AlAl rises while VAl declines symmetrically at the axes of the NiAl curve. Furthermore, the OP for the Al sublattice is much more sensitive to strain energy than that for the Ni sublattice.     

非晶纳米Ni500团簇等温晶化过程中的结构与动力学研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了500个Ni原子(简称Ni₅₀₀)组成的纳米团簇的等温晶化过程. 通过对纳米Ni团簇的动力学行为和微观结构演变的研究, 发现Ni₅₀₀在高温时是一步晶化的, 在低温时则呈现出多步晶化的特征. 在多步晶化的过程中, 团簇结构会陷入多个亚稳态结构, 经过原子重排, 进入能量更低的亚稳态, 最后完成晶化. 在多步晶化过程中, 原子的位置重排是通过协同跳跃运动实现的, 其协同运动方式不但有常见的线型协同运动, 也有多个原子的集体平移运动等其他形式. 关键词： 分子动力学模拟 纳米Ni团簇 协同运动     

Spin and spin-orbit coupling effects in nickel-based superalloys: A first-principles study on Ni3Al doped with Ta/W/Re

Heavy elements(X=Ta/W/Re)play an important role in the performance of superalloys,which enhance the strength,anti-oxidation,creep resistance,and anti-corrosiveness of alloy materials in a high-temperature environment.In the present research,the heavy element doping effects in FCC-Ni(γ)and Ni₃Al(γ')systems are investigated in terms of their thermodynamic and mechanical properties,as well as electronic structures.The lattice constant,bulk modulus,elastic constant,and dopant formation energy in non-spin,spin polarized,and spin-orbit coupling(SOC)calculations are compared.The results show that the SOC effects are important in accurate electronic structure calculations for alloys with heavy elements.We find that including spin for bothγandγ'phases is necessary and sufficient for most cases,but the dopant formation energy is sensitive to different spin effects,for instance,in the absence of SOC,even spin-polarized calculations give 1%to 9%variance in the dopant formation energy in our model.Electronic structures calculations indicate that spin polarization causes a split in the metal d states,and SOC introduces a variance in the spin-up and spin-down states of the d states of heavy metals and reduces the magnetic moment of the system.     

微观相场法模拟Ni75Al5.3V19.7 中L12和D022结构反位缺陷的演化

运用微观相场法研究Ni₇₅Al_5.3V_19.7合金沉淀过程中L1₂结构和D0₂₂结构反位缺陷发现：在沉淀初期,L1₂结构反位缺陷Al_Ni,V_Ni,Ni_Al,D0₂₂结构反位缺陷V_Ni,Al_Ni关键词： 微观相场 反位缺陷 L1₂结构')" href="#">L1₂结构 D0₂₂结构')" href="#">D0₂₂结构