密度泛函理论计算研究不同晶相Ti-Ta合金的结构与性质
发布时间：2021-11-05 23:34
钛合金以其优良的生物相容性和综合力学性能成为当前生物医用材料的研究热点,本文采用密度函数理论方法对不同固溶度的Ti1-x Tax合金的能量、晶体结构、电子结构和力学性质进行全面、系统的理论计算和分析,并通过电子结构的分析研究了相关力学性质变化的内在机理。结果表明:Ti1-x Tax合金体系在固溶度x=0～0.125区间内六方密排相为主,在其他固溶度下则两种相同时存在。两种晶体结构Ti1-x Tax合金的晶格常数平均值、晶胞体积和体积模量随着固溶度x的增加按一阶Vegard规律线性增加。Ti1-x Tax合金体系的稳定性、体弹模量、弹性模量和剪切模量的变化均与对应的电子结构密切相关,在不同固溶度区间呈现不同的变化规律。
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Ti1-x Tax(HCP)和Ti1-x Tax(BCC)合金的最低能量结构图(其中灰色小球代表Ti原子、蓝色小球代表Ta原子)
图1 Ti1-x Tax(HCP)和Ti1-x Tax(BCC)合金的最低能量结构图(其中灰色小球代表Ti原子、蓝色小球代表Ta原子)Ti1-x Tax合金体系的晶体常数变化如图3所示。由于在本文工作在对合金模型进行结构优化时采用的是P1对称性，且对晶胞没有进行任何限制，所图3中不同晶格常数的变化趋势呈现一定的复杂性和不一致。这是因为在不同的固溶度下，钛原子和钽原子并不完全是均匀分布，所以对不同方向的晶体结构影响是不一致的。根据前面的结构分析可以看出，Ti1-x Tax(HCP)合金体系中，同种原子有聚集现象，所以晶格常数变化的不一致性更加明显；而在Ti1-x Tax(BCC)合金体系中，钛原子和钽原子的分布相对比较均匀，所以晶格常数变化的一致性比较明显。从图3(a)可以发现，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶格常数a、b的变化相互对应，其平均值呈缓慢趋势增加趋势；晶格常数c的变化趋势正好与a、b平均值呈相反趋势，所以随着固溶度的增加，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶胞体积单调增加，且符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。从图3(b)中可以发现，Ti1-x Tax(BCC)合金体系中晶格常数a、b、c的变化趋势大致相同，将三者求平均值可得晶格常数呈线性增加，晶格常数平均值和晶胞体积的变化均符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。上述晶格常数和晶胞体积随着固溶度的变化趋势与LI等的理论计算结果是一致的[25]。
Ti1-x Tax合金体系的晶体常数变化如图3所示。由于在本文工作在对合金模型进行结构优化时采用的是P1对称性，且对晶胞没有进行任何限制，所图3中不同晶格常数的变化趋势呈现一定的复杂性和不一致。这是因为在不同的固溶度下，钛原子和钽原子并不完全是均匀分布，所以对不同方向的晶体结构影响是不一致的。根据前面的结构分析可以看出，Ti1-x Tax(HCP)合金体系中，同种原子有聚集现象，所以晶格常数变化的不一致性更加明显；而在Ti1-x Tax(BCC)合金体系中，钛原子和钽原子的分布相对比较均匀，所以晶格常数变化的一致性比较明显。从图3(a)可以发现，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶格常数a、b的变化相互对应，其平均值呈缓慢趋势增加趋势；晶格常数c的变化趋势正好与a、b平均值呈相反趋势，所以随着固溶度的增加，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶胞体积单调增加，且符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。从图3(b)中可以发现，Ti1-x Tax(BCC)合金体系中晶格常数a、b、c的变化趋势大致相同，将三者求平均值可得晶格常数呈线性增加，晶格常数平均值和晶胞体积的变化均符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。上述晶格常数和晶胞体积随着固溶度的变化趋势与LI等的理论计算结果是一致的[25]。2.3 Ti1-xTax合金体系的力学性质
【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子法制备Ti-25Ta-4.5Ag合金的微观结构和电化学腐蚀行为研究[J]. 朱明康,张俊敏,于杰,闻明. 热加工工艺. 2018(16)
[2]纳米晶Ta2N涂层在模拟人体环境中的耐蚀性能研究[J]. 徐江,鲍习科,蒋书运. 金属学报. 2018(03)
[3]新型医用钛合金材料的研究进展[J]. 于杰,朱明康,闻明,张俊敏. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算[J]. 王鹏,李军,林崇智,杨柳,彭琳,王莹,肖聪,陈敬超. 中国有色金属学报. 2016(12)
[5]Ti-Sn体系合金稳定性及其电子结构的研究[J]. 彭森,吴孟强,王秀锋,张树人,何茗. 材料导报. 2010(22)
[6]Ti-Mo合金β结构稳定性及理论强度的第一性原理研究[J]. 贾晓,李金山,唐斌,寇宏超,周中波,常辉,朱知寿,周廉. 航空材料学报. 2010(03)
[7]Ti—Mo合金β结构稳定性和弹性性质的第一性原理研究[J]. 姚强,邢辉,孟丽君,孙坚. 金属学报. 2008(01)
[8]Ti-Ta合金的机械及腐蚀生物相容性[J]. 梁芳慧. 稀有金属快报. 2002(04)
硕士论文
[1]Ti-Ta-Ag合金的制备与性能研究[D]. 朱明康.昆明理工大学 2017
本文编号：3478721
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Ti1-x Tax(HCP)和Ti1-x Tax(BCC)合金的最低能量结构图(其中灰色小球代表Ti原子、蓝色小球代表Ta原子)
图1 Ti1-x Tax(HCP)和Ti1-x Tax(BCC)合金的最低能量结构图(其中灰色小球代表Ti原子、蓝色小球代表Ta原子)Ti1-x Tax合金体系的晶体常数变化如图3所示。由于在本文工作在对合金模型进行结构优化时采用的是P1对称性，且对晶胞没有进行任何限制，所图3中不同晶格常数的变化趋势呈现一定的复杂性和不一致。这是因为在不同的固溶度下，钛原子和钽原子并不完全是均匀分布，所以对不同方向的晶体结构影响是不一致的。根据前面的结构分析可以看出，Ti1-x Tax(HCP)合金体系中，同种原子有聚集现象，所以晶格常数变化的不一致性更加明显；而在Ti1-x Tax(BCC)合金体系中，钛原子和钽原子的分布相对比较均匀，所以晶格常数变化的一致性比较明显。从图3(a)可以发现，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶格常数a、b的变化相互对应，其平均值呈缓慢趋势增加趋势；晶格常数c的变化趋势正好与a、b平均值呈相反趋势，所以随着固溶度的增加，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶胞体积单调增加，且符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。从图3(b)中可以发现，Ti1-x Tax(BCC)合金体系中晶格常数a、b、c的变化趋势大致相同，将三者求平均值可得晶格常数呈线性增加，晶格常数平均值和晶胞体积的变化均符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。上述晶格常数和晶胞体积随着固溶度的变化趋势与LI等的理论计算结果是一致的[25]。
Ti1-x Tax合金体系的晶体常数变化如图3所示。由于在本文工作在对合金模型进行结构优化时采用的是P1对称性，且对晶胞没有进行任何限制，所图3中不同晶格常数的变化趋势呈现一定的复杂性和不一致。这是因为在不同的固溶度下，钛原子和钽原子并不完全是均匀分布，所以对不同方向的晶体结构影响是不一致的。根据前面的结构分析可以看出，Ti1-x Tax(HCP)合金体系中，同种原子有聚集现象，所以晶格常数变化的不一致性更加明显；而在Ti1-x Tax(BCC)合金体系中，钛原子和钽原子的分布相对比较均匀，所以晶格常数变化的一致性比较明显。从图3(a)可以发现，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶格常数a、b的变化相互对应，其平均值呈缓慢趋势增加趋势；晶格常数c的变化趋势正好与a、b平均值呈相反趋势，所以随着固溶度的增加，Ti1-x Tax(HCP)合金体系的晶胞体积单调增加，且符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。从图3(b)中可以发现，Ti1-x Tax(BCC)合金体系中晶格常数a、b、c的变化趋势大致相同，将三者求平均值可得晶格常数呈线性增加，晶格常数平均值和晶胞体积的变化均符合一阶Vegard规律(拟合曲线和公式列于图中)。上述晶格常数和晶胞体积随着固溶度的变化趋势与LI等的理论计算结果是一致的[25]。2.3 Ti1-xTax合金体系的力学性质
【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子法制备Ti-25Ta-4.5Ag合金的微观结构和电化学腐蚀行为研究[J]. 朱明康,张俊敏,于杰,闻明. 热加工工艺. 2018(16)
[2]纳米晶Ta2N涂层在模拟人体环境中的耐蚀性能研究[J]. 徐江,鲍习科,蒋书运. 金属学报. 2018(03)
[3]新型医用钛合金材料的研究进展[J]. 于杰,朱明康,闻明,张俊敏. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]Ti-Ni金属间化合物电子结构与力学性质的第一性原理计算[J]. 王鹏,李军,林崇智,杨柳,彭琳,王莹,肖聪,陈敬超. 中国有色金属学报. 2016(12)
[5]Ti-Sn体系合金稳定性及其电子结构的研究[J]. 彭森,吴孟强,王秀锋,张树人,何茗. 材料导报. 2010(22)
[6]Ti-Mo合金β结构稳定性及理论强度的第一性原理研究[J]. 贾晓,李金山,唐斌,寇宏超,周中波,常辉,朱知寿,周廉. 航空材料学报. 2010(03)
[7]Ti—Mo合金β结构稳定性和弹性性质的第一性原理研究[J]. 姚强,邢辉,孟丽君,孙坚. 金属学报. 2008(01)
[8]Ti-Ta合金的机械及腐蚀生物相容性[J]. 梁芳慧. 稀有金属快报. 2002(04)
硕士论文
[1]Ti-Ta-Ag合金的制备与性能研究[D]. 朱明康.昆明理工大学 2017
本文编号：3478721
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3478721.html
