U-Co合金结构及性质的第一性原理研究
发布时间：2021-04-09 10:00
铀基金属材料是一种重要的核材料,同时还具备高密度、高强度、高硬度等特点,广泛应用于军事武器、航空航天、能源电力及生物医疗等众多领域。其中,铀基非晶合金由于良好的综合性能,进一步拓宽了其作为结构材料的应用,因此具有重要的研究价值。但铀具有高放射性,导致其实验研究存在巨大风险,因此通过计算机模拟了解其熔体结构及非晶形成过程等就显得尤为重要。本论文在前人研究的基础上,以U-Co合金体系作为研究对象,通过第一性原理计算的方法,探讨了铀固溶体合金的基本性质、U-Co合金系熔体及非晶的结构特征,为其实际应用提供理论指导。首先,分析了金属铀的三种同素异晶体α-U、β-U和γ-U的结构,指出U-U之间形成了较弱的共价键,并讨论了其成键特征与其性能之间的关系;分析了 Co掺杂对y-U合金的稳定性和电子性质的影响,结果表明Co掺杂形成了较强的U-Co共价键,从而提高了 γ-U稳定性,且当Co原子位于U晶格的四面体间隙时稳定性最强。但是通过计算形成能发现,形成间隙固溶体需要更高的能量。而电子态密度计算结果表明,取代掺杂使得电子态在高能区间的分布减少,降低了 U-Co合金的活性,使得其耐腐蚀性提高。其次,探讨...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１合金元素含量对金属铀显微组织、晶体结构及性能的影响［５］??１．２．１?Ｕ－Ｍｏ??
Ｕ６９．２Ｃ０２９ＡＩ１．８与Ｕ６２．５Ｃ０２０ＡＩ１７．５获得了完全非晶相，且对于同系列成分合金，Ａ１含??量的升高（最高至１７．５％）促进了?Ｕ－Ｃｏ非晶的形成。在此基础上，揭示了铀基??合金的非晶形成能力与其原子结构之间的相关性，如图１－３所示，当原子形成二??十面体团簇（ＣＮ＝?１２）的倾向越强，合金的非晶形成能力和稳定性也越强［５４】。??此外，在所研宄的成分范围内，随着Ａ１含量的升高，Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ三元非晶合金的??模量也逐渐升高（见图卜４（ａ）），且具有比常规晶态铀合金更高的模量（８５?ＧＰａ）??（见图ｌ－４（ｂ））、硬度（５ＧＰａ）和强度（１．７ＧＰａ）。此外，如图１－５所示，对比了??铀基非晶合金与铀基晶态合金的电化学性能，发现前者的耐腐蚀性远高于后者。??７??
—ｔｙ／Ａ．ｃｍ－２?Ｐｏｔｅｕｔｉａｌ／Ｖ?ｖｓ．?ＳＣＥ??图１－５非晶态／晶态铀合金的耐腐蚀性对比（ａ）极化曲线；（ｂ）腐蚀电流密度与极化电位［５９］??为了考察比Ａ１尺寸更小的同族元素Ｂ对Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ体系非晶形成能力的影??响，设计制备了?Ｕ６Ｏ．７Ｃ０３Ｑ．３ＡＩ９、Ｕ５９．４Ｃ０２９．６Ａｌｎ、Ｕ５８Ｃ〇２Ｓ）Ａｌｌ３、Ｕ５６．７Ｃ〇２８．３Ａｌｌ５?四种??二兀体系以及Ｕ５７．２Ｃ０２９ＡＩ１３Ｂ、Ｕ５６．４Ｃ０２９ＡＩ１３Ｂ１．６两种四兀体系的样品，结果全部??得到了完全非晶相，说明Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ可以在较宽的成分范围内获得较好的非晶形??成能力。而两种Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ－Ｂ非晶的初始晶化温度（ｒｘ）及约化晶化温度均高于Ｕ－??Ｃｏ－Ａｌ非晶，表明微量Ｂ的添加也能显著提高Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ体系的非晶形成能力。且??在常温下１?Ｍ的ＮａＣｌ溶液中，Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ－Ｂ非晶也表现出了更好的耐腐蚀性。??１．４铀基金属材料的理论研究??由于铀具有强放射性、高活性及一定的化学毒性，导致相关实验操作中存在??诸多风险［４］
【参考文献】：
期刊论文
[1]铀基非晶合金的发展现状[J]. 柯海波,蒲朕,张培,张鹏国,徐宏扬,黄火根,刘天伟,王英敏. 物理学报. 2017(17)
[2]铀基非晶合金制备的影响因素探析[J]. 张鹏国,黄火根,柯海波. 科技创新导报. 2017(10)
[3]具有反常非晶形成能力的U-Cr二元合金[J]. 黄火根,徐宏扬,张鹏国,王英敏,柯海波,张培,刘天伟. 金属学报. 2017(02)
[4]U-Co系非晶合金的形成与耐蚀性研究[J]. 黄火根,王英敏,陈亮,蒲朕,张鹏国,刘天伟. 金属学报. 2015(05)
[5]铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究[J]. 王保田,郑晶晶,张世杰. 山西大学学报(自然科学版). 2014(04)
[6]钴对高铬12%Cr铁素体钢组织和蠕变特性的影响[J]. 沈喜训,高加强,王国栋,刘俊亮,王起江. 材料热处理学报. 2013(12)
[7]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[8]铀的结构相变及力学性能的第一性原理计算[J]. 刘本琼,谢雷,段晓溪,孙光爱,陈波,宋建明,刘耀光,汪小琳. 物理学报. 2013(17)
[9]U-Ti合金变形及失效机理的SHPB研究[J]. 何立峰,肖大武,巫祥超,刘婷婷,蒋春丽. 稀有金属材料与工程. 2013(07)
[10]块体金属玻璃[J]. 张博,Jan Schroers. 物理. 2013(02)
本文编号：3127422
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１合金元素含量对金属铀显微组织、晶体结构及性能的影响［５］??１．２．１?Ｕ－Ｍｏ??
Ｕ６９．２Ｃ０２９ＡＩ１．８与Ｕ６２．５Ｃ０２０ＡＩ１７．５获得了完全非晶相，且对于同系列成分合金，Ａ１含??量的升高（最高至１７．５％）促进了?Ｕ－Ｃｏ非晶的形成。在此基础上，揭示了铀基??合金的非晶形成能力与其原子结构之间的相关性，如图１－３所示，当原子形成二??十面体团簇（ＣＮ＝?１２）的倾向越强，合金的非晶形成能力和稳定性也越强［５４】。??此外，在所研宄的成分范围内，随着Ａ１含量的升高，Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ三元非晶合金的??模量也逐渐升高（见图卜４（ａ）），且具有比常规晶态铀合金更高的模量（８５?ＧＰａ）??（见图ｌ－４（ｂ））、硬度（５ＧＰａ）和强度（１．７ＧＰａ）。此外，如图１－５所示，对比了??铀基非晶合金与铀基晶态合金的电化学性能，发现前者的耐腐蚀性远高于后者。??７??
—ｔｙ／Ａ．ｃｍ－２?Ｐｏｔｅｕｔｉａｌ／Ｖ?ｖｓ．?ＳＣＥ??图１－５非晶态／晶态铀合金的耐腐蚀性对比（ａ）极化曲线；（ｂ）腐蚀电流密度与极化电位［５９］??为了考察比Ａ１尺寸更小的同族元素Ｂ对Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ体系非晶形成能力的影??响，设计制备了?Ｕ６Ｏ．７Ｃ０３Ｑ．３ＡＩ９、Ｕ５９．４Ｃ０２９．６Ａｌｎ、Ｕ５８Ｃ〇２Ｓ）Ａｌｌ３、Ｕ５６．７Ｃ〇２８．３Ａｌｌ５?四种??二兀体系以及Ｕ５７．２Ｃ０２９ＡＩ１３Ｂ、Ｕ５６．４Ｃ０２９ＡＩ１３Ｂ１．６两种四兀体系的样品，结果全部??得到了完全非晶相，说明Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ可以在较宽的成分范围内获得较好的非晶形??成能力。而两种Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ－Ｂ非晶的初始晶化温度（ｒｘ）及约化晶化温度均高于Ｕ－??Ｃｏ－Ａｌ非晶，表明微量Ｂ的添加也能显著提高Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ体系的非晶形成能力。且??在常温下１?Ｍ的ＮａＣｌ溶液中，Ｕ－Ｃｏ－Ａｌ－Ｂ非晶也表现出了更好的耐腐蚀性。??１．４铀基金属材料的理论研究??由于铀具有强放射性、高活性及一定的化学毒性，导致相关实验操作中存在??诸多风险［４］
【参考文献】：
期刊论文
[1]铀基非晶合金的发展现状[J]. 柯海波,蒲朕,张培,张鹏国,徐宏扬,黄火根,刘天伟,王英敏. 物理学报. 2017(17)
[2]铀基非晶合金制备的影响因素探析[J]. 张鹏国,黄火根,柯海波. 科技创新导报. 2017(10)
[3]具有反常非晶形成能力的U-Cr二元合金[J]. 黄火根,徐宏扬,张鹏国,王英敏,柯海波,张培,刘天伟. 金属学报. 2017(02)
[4]U-Co系非晶合金的形成与耐蚀性研究[J]. 黄火根,王英敏,陈亮,蒲朕,张鹏国,刘天伟. 金属学报. 2015(05)
[5]铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究[J]. 王保田,郑晶晶,张世杰. 山西大学学报(自然科学版). 2014(04)
[6]钴对高铬12%Cr铁素体钢组织和蠕变特性的影响[J]. 沈喜训,高加强,王国栋,刘俊亮,王起江. 材料热处理学报. 2013(12)
[7]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[8]铀的结构相变及力学性能的第一性原理计算[J]. 刘本琼,谢雷,段晓溪,孙光爱,陈波,宋建明,刘耀光,汪小琳. 物理学报. 2013(17)
[9]U-Ti合金变形及失效机理的SHPB研究[J]. 何立峰,肖大武,巫祥超,刘婷婷,蒋春丽. 稀有金属材料与工程. 2013(07)
[10]块体金属玻璃[J]. 张博,Jan Schroers. 物理. 2013(02)
本文编号：3127422
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