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     

Ni,Al及其合金的一种嵌入原子势

嵌入原子势在金属材料的结构及其物性的计算机模拟方面仍然有着重要的作用.针对面心立方结构的镍、铝及其合金,我们拟合了一种简单形式的嵌入原子势.势参数的拟合使用了相应材料的晶格常数,结合能、空位形成能以及三个弹性常数C_(11),C_(12),C_(44).除了一些高频部分的合理偏差之外,使用拟合的势参数得到的声子谱与实验结果符合良好.此外,得到的状态方程也与第一原理的理论结果很好地符合,说明了此嵌入原子势的可靠性.     

Ti2AlNb合金的嵌入原子势

分子动力学模拟是一种行之有效的计算机模拟方法;然而,由于缺少合适的多元合金原子间势,因而限制了分子动力学模拟的应用.多元合金原子间势的开发一直具有挑战性.本文在嵌入原子势模型的框架下,提出一种适用于三元有序合金的原子间势构建方法,并开发了适用于原子尺度力学行为模拟的Ti₂AlNb合金新型原子间势.该势能够很好地再现B2-Ti₂AlNb的弹性常数、未弛豫的空位形成能、置换原子形成能、换位原子形成能、表面能和三种有序构型(B2相、D0₁₉相、O相)在不同体积下的内聚能.为了进一步检验势函数,计算了B2相的E-V曲线,结果与Rose曲线符合得很好;利用分子动力学模拟研究了B2相的熔化转变过程,结果大致反映了实验情况.本文的工作一方面为开发多元合金原子间势提供一种途径,另一方面为模拟计算Ti₂AlNb合金的工作者提供一种选择.     

紧束缚势和修正的嵌入原子势计算液态Sn双体相关函数差异

对500个Sn原子分别用两种模型（紧束缚势和修正的嵌入原子势）计算了400℃~1700℃温度范围内纯Sn的双体相关函数g（r）。将计算结果与实验数据进行了对比分析,发现两种计算结果都能基本上反映液态Sn的结构及其随温度的变化情况：原子最近邻距离与实验结果相近;随着温度降低,双体相关函数第一峰变得尖锐,第二峰变得明朗。修正的嵌入原子势模型得到的双体相关函数的第一峰右侧有个突起的肩膀,这在实验结果中也被发现,而紧束缚势模型得到的双体分布函数肩膀不明显。     

紧束缚势和修正的嵌入原子势计算液态Sn双体相关函数差异

对500个Sn原子分别用两种模型(紧束缚势和修正的嵌入原子势)计算了400℃～1700℃温度范围内纯Sn的双体相关函数g(r).将计算结果与实验数据进行了对比分析,发现两种计算结果都能基本上反映液态Sn的结构及其随温度的变化情况:原子最近邻距离与实验结果相近;随着温度降低,双体相关函数第一峰变得尖锐,第二峰变得明朗.修正的嵌入原子势模型得到的双体相关函数的第一峰右侧有个突起的肩膀,这在实验结果中也被发现,而紧束缚势模型得到的双体分布函数肩膀不明显.     

用修正嵌入原子法（MEAM）研究金属铝的稳定性

用两种不同的嵌入原子法（即ＥＡＭ和ＭＥＡＭ）计算了Ａｌ的结合能、层错能，并考察了它的稳定性，发现用修正嵌入原子法计算出的结果与已有的实验和理论结果基本一致，作者认为对立方晶系材料，原子的电子密度可用自由原子外层电荷密度的线性迭加表示，而不用修正嵌入原子法中的解析拟合过程表示。     

H在Ni表面的扩散性质及表面缺陷的影响-嵌入原子法(EAM)计算研究

本文用原子集团模型和嵌入原子方法,计算研究了H在Ni(100),(110)和(111)表面上的扩散特性,其扩散激活能分别是0.152eV;0.343eV和0.142eV。Ni(100)面上的吸附Ni原子和Ni原子空位,分别是在其表面上扩散的H原子的一种陷阱和位垒;Ni(100)面上的台阶,将使通过此台阶的H原子的扩散势垒增高,激活能增大,且引起扩散的各向异性。     

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     

LaNi4.25Al0.75D1.6中D占位的中子衍射研究

测量了镧基合金氘化物LaNi4.25Al0.75D1.6样品的中子粉末衍射谱,用FULLPROF程序对LaNi4.25Al0.75D1.6的中子衍射数据进行了分析处理,通过对程序参数的拟合,获得了样品的晶胞参数和原子占位及占位数.     

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.     

耐蚀合金Al3Ni和Ni3Al液态冷凝过程的比较研究

采用F S多体势对液态合金Al3Ni和Ni3Al在不同冷却速度下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟 ,得到了不同冷速下各温度的双体分布函数 ;采用HA键型指数法对其结构进行了分析 ,结果表明 :Al3Ni在两种冷速下均以非晶的形式出现 ,只是慢冷时体系的有序度略有升高 ;而Ni3Al的结构及能量转变受冷速影响较大 ,快冷时形成非晶 ,而慢冷时出现明显结晶 ;同样冷速下Al含量较少的Ni3Al体系的有序度高 ,更易形成晶体 ,晶体的形成过程中有能量突变 .     

第一性原理研究Ni3Al1-xVx（x=0-0.4）的力学和热力学性质

采用第一性原理方法研究了Ni3Al1-xVx(x=0-0.4)的力学性质,发现当V含量为0.1时,Ni3Al1-xVx的块体模量、剪切模量、杨氏模量和硬度都出现极大值,因此V掺杂对于Ni3Al力学性能的提升具有重要作用.另外,还研究了不同压强下Ni3Al0.9V0.1的吉布斯自由能、焓、熵、热容等热力学性质随温度的变化关系,结果表明:在高温高压条件下,Ni3Al0.9V0.1的吉布斯自由能、焓、熵、定压热容都出现明显变化.通过计算Ni3Al0.9V0.1的体膨胀系数,发现压强对于Ni3Al0.9V0.1的体膨胀效应具有明显的抑制作用.     

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.     

First-principles studies of effects of interstitial boron and carbon on the structural,elastic, and electronic properties of Ni solution and Ni_3Al intermetallics

The effects of boron and carbon on the structural, elastic, and electronic properties of both Ni solution and Ni_3Al intermetallics are investigated using first-principles calculations. The results agree well with theoretical and experimental data from previous studies and are analyzed based on the density of states and charge density. It is found that both boron and carbon are inclined to occupy the Ni-rich interstices in Ni_3Al, which gives rise to a cubic interstitial phase. In addition,the interstitial boron and carbon have different effects on the elastic moduli of Ni and Ni_3Al. The calculation results for the G/B and Poisson's ratios further demonstrate that interstitial boron and carbon can both reduce the brittleness of Ni, thereby increasing its ductility. Meanwhile, boron can also enhance the ductility of the Ni_3Al while carbon hardly has an effect on its brittleness or ductility.     

A molecular dynamics study on melting point and specific heat of Ni<Subscript>3</Subscript>Al alloy

Using the Embedding Atom Method (EAM) for highly undercooled Ni₃Al alloy, the melting point and the specific heat were studied by a molecular dynamics simulation. The simulation of melting point was carried out by means of the sandwich method and the NVE ensemble method, and the results show a good agreement, whereas are larger than the experimental value of 1663 K. This difference is attributed to the influence of surface melting on experimental results, which causes the smaller measurements compared with the thermodynamic melting point. The simulated specific heat of Ni₃Al alloy weakly and linearly increases with the increase of undercooling in the temperature range from 800 K to 2000 K. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50395101)     

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.