等组元中、高熵合金性能的第一性原理研究
发布时间：2021-01-12 16:01
一般认为在高熵合金中,混合熵对其热力学稳定性起主导作用。对于等组分的五元面心立方CrMnFeCoNi高熵合金,考虑到Mn与Cr相比Fe,Co和Ni元素的脆性与反铁磁性质,理解高熵合金中原子成键对高熵合金的设计是至关重要的。本人使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了等组分五元CrMnFeCoNi高熵合金磁性、Mn与Cr原子间成键以及除组态自由能外,振动、磁性、电子自由能对总亥姆霍兹自由能的贡献。本文研究成果如下:（1）在考虑自旋极化时,Mn与Cr原子间形成共价键,同时Cr元素对近邻Co有磁耦合作用,使得初始铁磁态排布的Co转变为反铁磁态。（2）通过局域态密度分析,得到Mn,Fe元素磁性贡献最大,磁矩分别是6.034,-2.928μB。（3）当温度高于600K时,振动自由能的贡献超过组态自由能;同时磁自由能的贡献约为电子自由能贡献的两倍,表明磁自由能对高熵合金热力学稳定性起着重要影响。鉴于CrMnFeCoNi高熵合金的电子局域密度函数分析,进一步探究了AlCoCrFeNi系中,等组分三元中熵合金AlCrFe、AlCoCr、AlCoFe、CoCrNi和CrFe...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据混合熵对合金分类的示意图
学稳定的状态，宏观上表现为以单一的 FCC（或/和 BCC）固溶体相[5-7]。1.2.2 晶格畸变效应对于拥有单一固溶体相结构的高熵合金，由于每种组元原子在占据晶胞的各点时是随机且混乱的；同时对于不同的组元原子，其原子半径尺寸大小不一，原子半径之的差异造成高熵合金中严重的晶格畸变，这种现象就是高熵合金的晶格畸变效应[5-714]。如图 1.2 所示，图（a）代表完美的 Cr 的 BCC 结构，当完美的 BCC 结构固溶 Z子之后，结构发生图（b）变化，随着 Z 原子占据 Cr 的晶格位置，结构进一步畸变如图（c）所示。各元素原子随机排列，且组元原子半径差异较大，使得在 HEAs 中生严重的晶格扭曲[14]。在微观上不再保持单一体心立方或面心立方的结构特征，本文采用的中、高熵合金的结构模型以及后续研究就是考虑了这一晶格畸变特征。
中北大学学位论文.3 迟滞扩散效应对于置换固溶类型的 HEAs，各组元的相互配合实现了相变的扩散, 这种扩散机制元原子半径差所造成的晶格畸变进一步增加了原子扩散阻力，降低了扩散速率[6]。同时，HEAs 中的迟滞扩散效应抑制相分离，使得本应该在高温发生的相分离，被迟到低温发生，这一扩散受阻的现象被称为迟滞扩散[5-7]。不仅如此，迟滞效应会HEAs 中存在纳米或非晶体结构[15, 16]。图 1.3 为 CoCrFeMnNi 五元 HEA 中各组元的系数关于温度的变化情况。可以看出，相比其它组成组元较少的合金，高熵合金rFeMnNi 中的组元原子扩散最慢[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of carbon addition on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy[J]. HUANG TianDang,JIANG Li,ZHANG ChangLiang,JIANG Hui,LU YiPing,LI TingJu. Science China（Technological Sciences）. 2018(01)
[2]晶体材料基因组问题第一原理计算研究[J]. 王绍青,叶恒强. 科学通报. 2013(35)
[3]计算热力学、计算动力学与材料设计[J]. 鲁晓刚,王卓,CUI YuWen,金展鹏. 科学通报. 2013(35)
[4]计算机模拟与预测方法在材料科学研究中的应用[J]. 陈明和,谢兰生,朱知寿,左敦稳,王珉. 机械工程材料. 2005(06)
博士论文
[1]层片TiAl合金的弹性性能及间隙原子扩散的第一性原理研究[D]. 张超彦.中北大学 2018
硕士论文
[1]高熵合金渗氮层的微观结构和摩擦学性能研究[D]. 王永祥.太原理工大学 2018
[2]CrMnFeCoNi系高熵合金的组织及低温性能研究[D]. 杜兴宇.哈尔滨工业大学 2018
[3]Mg2X（X=Si,Ge,Sn）二元合金性能第一性原理研究[D]. 张乐婷.中北大学 2018
[4]耐高温高熵合金的成分设计和性能优化[D]. 姚宏伟.太原理工大学 2017
本文编号：2973086
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据混合熵对合金分类的示意图
学稳定的状态，宏观上表现为以单一的 FCC（或/和 BCC）固溶体相[5-7]。1.2.2 晶格畸变效应对于拥有单一固溶体相结构的高熵合金，由于每种组元原子在占据晶胞的各点时是随机且混乱的；同时对于不同的组元原子，其原子半径尺寸大小不一，原子半径之的差异造成高熵合金中严重的晶格畸变，这种现象就是高熵合金的晶格畸变效应[5-714]。如图 1.2 所示，图（a）代表完美的 Cr 的 BCC 结构，当完美的 BCC 结构固溶 Z子之后，结构发生图（b）变化，随着 Z 原子占据 Cr 的晶格位置，结构进一步畸变如图（c）所示。各元素原子随机排列，且组元原子半径差异较大，使得在 HEAs 中生严重的晶格扭曲[14]。在微观上不再保持单一体心立方或面心立方的结构特征，本文采用的中、高熵合金的结构模型以及后续研究就是考虑了这一晶格畸变特征。
中北大学学位论文.3 迟滞扩散效应对于置换固溶类型的 HEAs，各组元的相互配合实现了相变的扩散, 这种扩散机制元原子半径差所造成的晶格畸变进一步增加了原子扩散阻力，降低了扩散速率[6]。同时，HEAs 中的迟滞扩散效应抑制相分离，使得本应该在高温发生的相分离，被迟到低温发生，这一扩散受阻的现象被称为迟滞扩散[5-7]。不仅如此，迟滞效应会HEAs 中存在纳米或非晶体结构[15, 16]。图 1.3 为 CoCrFeMnNi 五元 HEA 中各组元的系数关于温度的变化情况。可以看出，相比其它组成组元较少的合金，高熵合金rFeMnNi 中的组元原子扩散最慢[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of carbon addition on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy[J]. HUANG TianDang,JIANG Li,ZHANG ChangLiang,JIANG Hui,LU YiPing,LI TingJu. Science China（Technological Sciences）. 2018(01)
[2]晶体材料基因组问题第一原理计算研究[J]. 王绍青,叶恒强. 科学通报. 2013(35)
[3]计算热力学、计算动力学与材料设计[J]. 鲁晓刚,王卓,CUI YuWen,金展鹏. 科学通报. 2013(35)
[4]计算机模拟与预测方法在材料科学研究中的应用[J]. 陈明和,谢兰生,朱知寿,左敦稳,王珉. 机械工程材料. 2005(06)
博士论文
[1]层片TiAl合金的弹性性能及间隙原子扩散的第一性原理研究[D]. 张超彦.中北大学 2018
硕士论文
[1]高熵合金渗氮层的微观结构和摩擦学性能研究[D]. 王永祥.太原理工大学 2018
[2]CrMnFeCoNi系高熵合金的组织及低温性能研究[D]. 杜兴宇.哈尔滨工业大学 2018
[3]Mg2X（X=Si,Ge,Sn）二元合金性能第一性原理研究[D]. 张乐婷.中北大学 2018
[4]耐高温高熵合金的成分设计和性能优化[D]. 姚宏伟.太原理工大学 2017
本文编号：2973086
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