铁基合金弹性性质和电子结构的第一性原理计算

发布时间：2020-07-06 23:51

【摘要】：铁基磁致伸缩合金较传统的稀土超磁致伸缩合金而言,不仅不含有价格昂贵的稀土,同时在低场时具有优良的磁致伸缩性能,因此一出现就立刻掀起了一股研究热潮。本论文的工作采用第一性原理的方法,运用CASTEP软件包计算铁基合金的弹性常数、弹性模量和电子结构。从理论上分析元素掺杂对铁基合金的弹性性质的影响。计算了Fe16-xAlx合金的弹性性能。所有成分的合金具有立方对称性结构,晶格优化的结果与实验值基本吻合。弹性性质的计算结果表明,相较纯Fe而言,Al原子的添加使合金的模量增大。然而对于含Al的合金,随着Al含量的增加,体积模量缓慢增大,而剪切模量与杨氏模量则迅速降低。与磁致伸缩系数λ100相关的弹性常数C11-C12的值也随Al含量的增加而降低,即从弹性性质的角度分析,Al原子的添加有利于合金磁致伸缩系数λ100的提高。对Fe16-xGax系列合金的弹性性质的计算结果表明,Ga原子的添加对合金弹性性质的影响与Al原子的添加有相似的效果。在保持立方对称性的FeGa合金中,随着Ga原子含量的增加,弹性常数C11-C12的值也逐渐降低,由x=1的115GPa降低到x=4的40GPa。此外,对于Fe12Ga4合金而言,如果当合金中出现由于Ga原子反占位而形成的Ga-Ga原子对时,合金将由立方结构转变为四方结构,同时合金沿着Ga-Ga原子对的方向伸长,而垂直于Ga-Ga原子对的方向缩短。弹性性质的计算结果表明,沿着Ga-Ga原子对的方向弹性模量发生明显软化。对FeAl和FeGa合金掺杂少量的Cr原子和稀土原子的计算结果表明,Cr原子的掺杂使合金的杨氏模量和剪切模量均增大。而稀土原子的掺杂,使Fe Al和Fe Ga合金的体积模量、剪切模量和杨氏模量均大大降低。在Fe12Al4合金中进行Ce原子掺杂后弹性模量的软化效果最好,而在Fe12Ga4合金中,稀土Tb原子的掺入对弹性模量的影响最大。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469

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本文编号：2744316