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Ni3Al合金及不同Zr含量Ni3Al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Ni77Al23合金的基体和缺陷态的自由电子密度都比二元Ni74Al26合金的高.Ni3Al合金晶界缺陷处开空间大于Ni空位或Al空位的开空间,晶界缺陷处的自由电子密度很低,金属键合力很弱.过化学计量比Ni74Al26合金的晶界缺陷开空间比亚化学计量比Ni77Al23合金的大,晶界结合力更弱.这是Ni74Al26合金更脆的原因.在Ni3Al合金中加入Zr,增加了合金中的金属键成分,使基体中的自由电子密度增加,增强了基体金属键合力,同时降低了合金的有序度,使合金晶界容易弛豫,晶界缺陷的开空间变小.另外,Zr原子偏聚到晶界,增加了晶界处的自由电子密度,同时引起晶界处Al贫化,减少了强共价性Ni-Al和Al-Al键,使晶界更易于变形,有利于提高合金的塑性.     

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     

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.     

合金化成分对NiTi合金M_s点影响的正电子湮没研究

用双探头符合系统测量了金属Fe、Co、Ni、Al、Nb、Cu、Ti和NiTi合金的多普勒展宽谱,计算了其S参数和W参数,分析了合金中d-d金属键的作用.结果表明,当用Fe、Co或Al原子加入NiTi合金时,都将使合金中参与形成d-d金属键的d电子减少,从而使金属键减弱;而用Cu或Nb原子加入NiTi合金时,对合金中d-d电子作用的影响很小,合金中共价键的成分变化不大.在NiTi合金中加入合金化元素可以改变其电子结构,进而影响Ms点.     

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：}     

杂质浓度对Zr替位掺杂γ-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

以Zr替代Ti(或Al)掺杂γ-TiAl体系为研究对象, 掺杂浓度(摩尔比)分别为1/54, 1/36, 1/24和1/16. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 计算研究了Zr掺杂γ-TiAl体系的晶体结构及其稳定性、延性和电子性质等. 结果显示, Zr替位掺杂, 可以改变γ-TiAl基合金的结构对称性. 计算的形成能表明, Zr替代Ti原子会使体系的形成能降低, 而Zr替代Al原子会使体系的形成能增加. 因而, 在掺入γ-TiAl时, Zr更倾向于替代Ti 原子, 但是Zr替代Al原子也具有一定的可能性, 从而会产生多样的掺杂体系, 对于改善合金的性质具有重要意义. 对各个体系轴比的计算与分析表明, 当掺杂浓度为1.85 at%–6.25 at% 时, Zr替代Al原子会使体系的轴比减小、接近于1, 从而改善合金的延性效果明显. 能带结构显示各个Zr掺杂γ-TiAl体系均具有金属导电性. 对电子态密度和布居数的分析表明, Zr替代Al原子后, Zr与其邻近Ti原子的共价键结合强度大为降低, 导致合金体系中的Ti-Al(Zr)键的平均强度明显减弱, 金属键增强, 这是改善γ-TiAl合金延性的重要因素.     

Fe9Si的电子结构及铁磁性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论（Density Functional Theory）赝势平面波方法, 对Fe9Si的电子结构和铁磁性质进行理论计算。 计算结果表明： (1) Fe9Si具有负的形成热-0.1094 eV/atom, 结合能5.124 eV/atom, 表明Fe9Si合金具有强结合力和结构稳定性; (2) Fe9Si具有典型的金属能带特征, 穿过Fermi能级的能带最主要是Fe的3d态电子的贡献, 其次是来自Si的3p态电子的贡献。 结合键不是单一金属键, 而是金属键和共价键组成的混合键; (3) Fe9Si的铁磁性主要来自Fe原子的未满层壳的3d态电子的自旋。 计算结果为Fe9Si铁磁性材料的设计与应用提供了理论依据。     

Fe_9Si的电子结构及铁磁性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论(Density Functional Theory)赝势平面波方法,对Fe_9Si的电子结构和铁磁性质进行理论计算.计算结果表明:(1)Fe_9Si具有负的形成热-0.1094 eV/atom,结合能5.124eV/atom,表明Fe_9Si合金具有强结合力和结构稳定性;(2)Fe_9Si具有典型的金属能带特征,穿过Fermi能级的能带最主要是Fe的3d态电子的贡献,其次是来自Si的3p态电子的贡献.结合键不是单一金属键,而是金属键和共价键组成的混合键;(3)Fe_9Si的铁磁性主要来自Fe原子的未满层壳的3d态电子的自旋.计算结果为Fe_9Si铁磁性材料的设计与应用提供了理论依据.     

非晶合金Fe78Si9B13在脉冲电流作用下的单相晶化

对非晶合金Fe₇₈Si₉B₁₃进行了超短脉冲电流处理，实现了晶化时α-Fe（Si）单相结构析出．可以认为，脉冲电流作用时，电子运动与非晶中空位型结构缺陷间的周期性排斥效应促进了类金属原子从非晶结构单元中析出，使Fe（Si）原子局部富集，导致基体金属相在较低温度下优先成核．而在空位的定向迁移的同时，将伴随B原子的扩散，则B原子局域富集，Fe-B化合物的形核析出就要受到这两个因素的抑制 关键词：     

Al89La6Ni5非晶合金的第一性原理分子动力学模拟

采用第一性原理分子动力学（AIMD）方法模拟 Al89La6Ni5 合金的退火过程，结合双体相关函数和配位多面体（团簇）分布分析了体系短程有序结构随温度的演化. 结构分析表明，非晶态 Al89La6Ni5 原子短程有序结构近似密堆排列；在非晶形成过程中，Al 原子周围短程有序结构几乎没有发生变化，而 La 和 Ni 原子周围环境发生明显改变，由此推测，La 原子的加入改变了 Ni 原子周围的短程有序结构，因而增加了 Al-La-Ni 体系的非晶形成能力；Al 原子和 Ni 原子间存在 Al-Ni 共价键作用，电子态密度的计算说明，费米面附近 Al-p 和 Ni-d 之间电子的相互作用是 Al-Ni 原子间形成局域共价键的原因.     

Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分和弹性性质关系

为了探索Al_xCrFeNiTi系高熵合金组成成分和弹性性质的关系,结合固溶体特征参数和第一性原理计算,研究Al元素含量对Al_xCrFeNiTi (x=0, 0.5, 1, 2, 3, 4)合金结构和弹性性质的影响,并分析合金固溶体特征参数与弹性性质之间的关系.结果表明:Al_xCrFeNiTi系合金的价电子浓度随着Al含量的增加逐渐减小,合金在体心立方结构下的形成焓均低于面心立方结构,说明研究的Al_xCrFeNiTi系合金会形成单一的体心立方结构固溶体;合金的晶格常数和形成能力强弱随着Al含量的增加而增大,但合金的结构稳定性略有下降;当合金元素按照等原子比进行成分配比时,合金的原子尺寸差异最大; Al_xCrFeNiTi系合金中不同原子之间除了金属键结合外,还表现出一定的共价和离子键结合特征;对于Al_xCrFeNiTi系合金而言,随着热力学熵焓比的增大,合金体弹模量和韧性随之增大;随着合金混合焓的增加,合金在压缩方向的各向异性程度明显降低.热力学熵焓比和混合焓可作为Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分设计的重要参数.     

Amount of valence charge of Al- and Zn-based quasicrystals and related approximant crystals evaluated by chemical shift observations and Bader analysis

The amounts of decreased charge at Al sites of Al-based (Al–Pd–Cr–Fe, Al–Si–Mn, and Al–Re–Si) and at Zn sites of Zn-based (Zn–Mg–Zr) quasicrystals and approximant crystals were estimated. The evaluation was done by comparisons between chemical shifts experimentally observed by soft-X-ray emission spectroscopy and the amount of valence charge obtained by Bader analysis for first principle calculations of reference materials (Al, α-Al₂O₃, Zn, and ZnO). Decreased charges at Al sites of Al-based quasicrystals and at Zn sites of Zn-based quasicrystals were evaluated to be 1.0–2.5 e^–/atom and 1.1–1.2 e^–/atom, respectively. A covalent bonding nature alloy of Al–Re–Si also showed a decrease in valence charge at Al sites.     

Quantum mechanically guided design of Co43Fe20Ta(5.5)X(31.5) (X=B, Si, P, S) metallic glasses

A systematic ab initio molecular dynamics study was carried out to identify valence electron concentration and size induced changes on structure, elastic and magnetic properties for Co(43)Fe(20)Ta(5.5)X(31.5) (X=B, Si, P, S). Short range order, charge transfer and the bonding nature are analyzed by means of density of states, Bader decomposition and pair distribution function analysis. A clear trend of a decrease in density and bulk modulus as well as a weaker cohesion was observed as the valence electron concentration is increased by replacing B with Si and further with P and S. These changes may be understood based on increased interatomic distances, variations in coordination numbers and the electronic structure changes; as the valence electron concentration of X is increased the X bonding becomes more ionic, which disrupts the overall metallic interactions, leading to lower cohesion and stiffness. The highest magnetic moments for the transition metals are identified for X=S, despite the fact that the presence of X generally reduces the magnetic moment of Co. Furthermore, this study reveals an extended diagonal relationship between B and P within these amorphous alloys. Based on quantum mechanical data we identify composition induced changes in short range order, charge transfer and bonding nature and link them to density, elasticity and magnetism. The interplay between transition metal d band filling and s-d hybridization was identified to be a key materials design criterion.     

Stability of FeAl(110) alloy surface structures: a first-principles study

We have studied the stability of FeAl(110) alloy surface structures by first-principles calculations. A general method is employed to determine the allowed chemical potential range for the surface structures of alloys with several bulk ground state structures. We show that there are three stable surface structures, the Fe:Al=1:1, Fe:Al=1:2 and Fe:Al=1:3 surface structures, within the allowed chemical potential range for FeAl bulk. In the three stable surface structures, surface buckling extends deep into the bulk layers. For the Fe:Al=1:1 surface structure, the surface Al atoms displace outwards and surface Fe atoms move inwards relative to their bulk positions. The Fe:Al=1:2 and Fe:Al=1:3 surfaces show large surface rippling due to composition reconstruction of the surface.     

Electronic structures of Al–Si clusters and the magic number structure Al8Si4

The low-energy structures of Al₈Si_m (m = 1–6) have been determined by using the genetic algorithm combined with density functional theory and the Second-order Moller-Plesset perturbation theory (MP2) models. The results show that the close-packed structures are preferable in energy for Al–Si clusters and in most cases there exist a few isomers with close energies. The valence molecular orbitals, the orbital level structures and the electron localisation function (ELF) consistently demonstrate that the electronic structures of Al–Si clusters can be described by the jellium model. Al₈Si₄ corresponds to a magic number structure with pronounced stability and large energy gap; the 40 valence electrons form closed 1S²1P⁶1D¹⁰2S²1F¹⁴2P⁶ shells. The ELF attractors also suggest weak covalent Si–Si, Si–Al and Al–Al bonding, and doping Si in aluminium clusters promotes the covalent interaction between Al atoms.     

Investigation of Fe/Al interface as a function of annealing temperature using XPS

This article describes the systemic investigation of the interface chemical and electronic properties of ultrathin Fe/Al multilayer structure (MLS) as a function of annealing temperature. For this purpose electron beam evaporated [Fe/Al]_×15 ML samples have been prepared under ultrahigh vacuum conditions. The chemical and electronic information of the interfaces at different depth has been obtained from XPS technique.The core level study show a gradual change in the nature of the electronic bonding at the interface as a result of annealing. In particular, the MLS annealed at 200 °C and 400 °C clearly show shifts in the binding energy position of Fe-2p_3/2 core line towards higher energy and Al-2p_3/2 core line towards lower energy side as compared to as-deposited sample, suggesting the formation of FeAl alloy phase at the interface. Another important finding with annealing is that the intensity of peak corresponding to pure Al-2p increases and that of Fe-2p decreases as compared to as-deposited case. The increase in intensity of Al-2p core line suggests the migration of Al atoms towards the surface owing to annealing induced inter-diffusion. The corresponding valence band spectra show appreciable changes in the Fe-3d as well as Al-3s density of states due to strong hybridization of sp-d states at the Fermi level as a result of charge transfer and also provide strong evidence for FeAl alloy formation.     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

YFe2B2电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论,从头计算了具有ThCr₂Si₂型四方晶系的稀土金属化合物Yfe₂B₂体相的物理特性.能量计算结果表明Yfe₂B₂体相处于顺磁金属态;而能带结构、态密度、布居数以及差分电荷　分布的计算结果表明Y原子的5s,5p电子具有很强的局域性;Fe原子的3d电子和B的1s,2s和2p电子强烈耦合,使得最近邻Fe原子与B原子形成了Fe—B共价键;最近邻的两个Fe原子之间由于 关键词： 稀土金属化合物 第一性原理计算 能带结构 态密度