V-5Cr-5Ti合金的第一性原理研究

发布时间：2017-09-16 11:22

  本文关键词：V-5Cr-5Ti合金的第一性原理研究

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【摘要】：V-5Cr-5Ti合金以其优异的力学性能、抗氧化性、高温性能、抗中子辐照性能以及良好的可加工性等,已成为聚变堆包层模块的主要候选结构材料。但目前对V-5Cr-5Ti合金在原子尺寸上的性质与微观结构之间的关系以及合金中杂质原子的影响还缺乏详尽的了解与研究。因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,从原子层面上研究V-5Cr-5Ti合金的力学和热力学性质,并对杂质原子(C、N、O)在纯钒和V-5Cr-5Ti合金中的行为进行了探讨,从而补充了V-5Cr-5Ti合金的基础研究数据,为该合金的优化设计提供理论基础,对促进该合金在聚变堆上的应用具有较大的理论和实际意义。研究发现由于添加了合金元素Cr和Ti,产生固溶强化作用,使V-5Cr-5Ti合金的延展性要略低于纯钒的,但其强度要高于纯钒的强度。另外,由于氧原子的掺入,会使V-5Cr-5Ti合金的延展性和强度都出现不同程度的降低,使其力学性能下降。在热力学方面,计算出温度在298.15K时V-5Cr-5Ti合金的德拜温度为416.34K、等容热容为29.89J/(mol·K)、熵为31.97 J/(mol·K)以及膨胀系数为7.48×10-6 K-1等热力学性质。并分析了温度在0-1500 K之间时,V-5Cr-5Ti合金的热容曲线。研究表明C、N、O原子在纯钒的八面体间隙位置最稳定,其扩散势垒分别为0.89e V、1.26 e V、0.98 e V,进而求出其在纯钒中的扩散系数分别为8.11×10-7exp(-0.89e V/k BT)m2/s、8.94×10-7exp(-1.26e V/k BT)m2/s和7.33×10-7exp(-0.98e V/k BT)m2/s。通过对比C、N、O原子在V-5Cr-5Ti合金中的结合能,发现C、N、O原子更倾向于占据离Ti原子较近的八面体间隙位置。表明V-5Cr-5Ti合金中的C、N、O更容易与Ti元素结合,形成富含Ti的碳-氮-氧化物(记为Ti(CON))。
【关键词】：V-5Cr-5Ti合金 第一性原理 力学性质 扩散系数 热力学性质
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.413
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 V-5Cr-5Ti合金的研究背景及意义9-11
• 1.2 V-5Cr-5Ti合金的国内外研究现状11-13
• 1.2.1 实验研究11-12
• 1.2.2 理论研究12-13
• 1.3 本文主要研究目的和内容13-14
• 1.3.1 研究目的13-14
• 1.3.2 研究内容14
• 1.4 创新点14-16
• 2 基本理论方法16-27
• 2.1 第一性原理计算方法概述16-17
• 2.2 密度泛函理论17-22
• 2.2.1 Thomas-Fermi模型18
• 2.2.2 Born-Oppenheimer近似18-19
• 2.2.3 Hartree-Fock近似19-20
• 2.2.4 Hohenberg-Kohn定理20
• 2.2.5 Kohn-Sham方程20-22
• 2.3 交换关联泛函22-24
• 2.3.1 局域密度近似(LDA)23
• 2.3.2 广义梯度近似(GGA)23-24
• 2.4 平面波赝势方法24
• 2.5 周期性边界条件24-26
• 2.5.1 布洛赫定理24-25
• 2.5.2 布里渊区k点25-26
• 2.6 VASP程序介绍26-27
• 3 V-5Cr-5Ti合金力学性质的第一性原理研究27-35
• 3.1 引言27-28
• 3.2 计算模型和方法28-29
• 3.3 结果与讨论29-34
• 3.3.1 弹性常数29-32
• 3.3.2 力学性质32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 V-5Cr-5Ti合金热力学性质的第一性原理研究35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 计算模型和方法35-36
• 4.3 结果与讨论36-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 纯钒和V-5Cr-5Ti合金中杂质原子的行为研究41-52
• 5.1 引言41-42
• 5.2 计算模型和方法42-43
• 5.3 结果与讨论43-51
• 5.3.1 杂质原子在纯钒中的扩散行为43-49
• 5.3.2 V-5Cr-5Ti合金中杂质原子的占位情况49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-61
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果61

【参考文献】

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1 王宁;金属铁和钒中离位级联碰撞的多尺度模拟研究[D];湖南大学;2011年

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本文编号：862741