B2型FeAl力学性质、表面吸附和界面结合的第一性原理研究

发布时间：2023-06-17 22:54

　　B2型FeAl因其室温脆性大和超过600°C后强度急剧下降、抗蠕变性能变差的缺点而一直无法实现大规模工业应用。但因其原料低廉和具有低密度、高硬度、耐腐蚀等优点,仍然吸引着众多研究者进行深入探索。通过合金化进行固溶强化和利用第二相进行复合强化是改进上述缺陷的常用方法,但对其强化效果和微观机理还有待进行更全面的研究。此外,对FeAl进行功能化的研究也有助于其开辟新的应用领域。因此,开展FeAl表面和界面的研究对实现FeAl的功能化应用和研发金属基复合材料,满足经济社会发展具有重要的意义。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理对B2型FeAl的力学性质、表面吸附和界面结合特性进行了研究。主要内容如下:(1)对单掺杂V、Sc、Mn、Si、Mg、Co、Zr、Cu、Zn、Nb、Cr、Mo、W、Ti和Ni 15种元素对B2型FeAl的力学性质和强化机理进行了研究。结果表明:FeAl-Cr、FeAl-Ti和FeAl-Co体系为延性材料,并且FeAl-Co体系在这些合金相中具有最佳的延展性,其体积模量与杨氏模量之比B/G=1.92,泊松比为v=0.28。电子结构计算表明Cr、Ti和Co的掺杂引起了电荷的重...

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 金属间化合物
    1.2 FeAl金属间化合物
    1.3 FeAl基复合材料
    1.4 第一性原理的优势及与B2FeAl的结合
    1.5 B2FeAl的国内外研究现状
        1.5.1 B2FeAl的前期研究
        1.5.2 B2FeAl的近期研究
        1.5.3 第一性原理计算模拟
    1.6 存在的主要问题
    1.7 本文主要研究内容和创新点
2 基础理论
    2.1 第一性原理计算方法的基本原理与近似
        2.1.1 基本原理
        2.1.2 三个近似
        2.1.3 Hartree-Fock近似
    2.2 能带理论
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 托马斯-费米-狄拉克近似
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-Sham方程
        2.3.4 交换关联泛函
        2.3.5 赝势
        2.3.6 能态密度
        2.3.7 差分电荷密度
    2.4 计算软件
    2.5 表面吸附
    2.6 界面结合
        2.6.1 界面热力学量
        2.6.2 界面建模与晶格匹配
    2.7 本章小结
3 掺杂元素对FeAl金属间化合物力学性质影响及机理研究
    3.1 引言
    3.2 单掺杂的力学性质及其机理研究
        3.2.1 建模和计算方法
        3.2.2 结果与讨论
    3.3 共掺杂的机理研究
        3.3.1 建模和计算方法
        3.3.2 结果与讨论
    3.4 本章小结
4 FeAl表面吸附原子和气体的第一性原理研究
    4.1 引言
    4.2 FeAl(110)面吸附Cr、Ti和Co原子的第一性原理研究
        4.2.1 建模和计算方法
        4.2.2 结果与讨论
    4.3 FeAl(110)面吸附CO₂、SO₂和Cl₂的第一性原理研究
        4.3.1 建模和计算方法
        4.3.2 结果与讨论
    4.4 本章小结
5 FeAl界面结合的第一性原理结算
    5.1 引言
    5.2 四种FeAl界面
        5.2.1 建模和计算方法
        5.2.2 结果与讨论
    5.3 FeAl/α-Al2O3复合材料的制备及特性
        5.3.1 材料制备
        5.3.2 结果与讨论
    5.4 掺杂Cr、Ti和Co的FeAl/NiAl界面和FeAl/TiC界面
        5.4.1 FeAl(110)/NiAl(110)界面
        5.4.2 FeAl(100)/TiC(100)界面
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A:表A1
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本文编号：3834301