搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Ti, C, N在-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响

薛金祥 章日光 刘燕萍 王宝俊

Ti, C, N在-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响

薛金祥, 章日光, 刘燕萍, 王宝俊
PDF
导出引用
导出核心图
  • 基于第一性原理赝势平面波方法研究了合金元素Ti, C, N对-Fe基电子结构及键合性质的影响, 计算了含Ti, C, N的Fe基固溶体的总能量、结合能, 分析了态密度、电荷布居数、交叠布居数和电荷密度, 从理论上解释了在Fe基中固溶Ti, C, N后其性能改善的原因. 结果表明, 随着Fe基固溶体中Ti(012.5 at%), C(011.11 at%), N(011.11 at%)含量增加, 结合能略有增加; Ti, C, N的固溶使各Fe基固溶体在费米能级处强烈成键, 结合能力增强, 并且在费米能级附近出现赝能隙, 表明固溶体中金属键与共价键共存; 随着Ti, C, N含量的增加, C, N分别与Ti, Fe之间的共价键结合强度加强, 部分C, N原子会与Ti原子结合形成TiC, TiN颗粒, 起到沉积相颗粒强韧化作用.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 20976115)和国家自然科学青年基金(批准号: 20906066)资助的课题.
    [1]

    Umemoto M, Liu Z G, Masuyama K, Tsuchiya K 2001 Scripta Mater 45 391

    [2]

    Wang J, Wang Y 2007 Mater. Lett. 61 4393

    [3]

    Liu Y P, Xue J X, Han P D 2010 Mater. Sci. Forum 654-656 1968

    [4]

    Liu Y P, Xu J Y, Kui X Y, Wang J Z, Gao Y, Xu Z 2005 Trans. Nonferrous Met. Soc. China 15 415

    [5]

    Gao Y, Wang C L, Liu Y P, Xu J Y 2011 Trans. Metal Heat Treatm. 32 143 (in Chinese) [高原, 王成磊, 刘燕萍, 徐晋勇 2011 材料热处理学报 32 143]

    [6]

    Peng D L, Sumiyama k, Suzuki K 1997 J. Alloys Compd. 259 1

    [7]

    Gorbachev I I, Popov V V 2009 Phys. Met. Metallogr. 108 484

    [8]

    Jonsson S 1996 Metall. Mater. Trans. B 29 371

    [9]

    Wang X T 1987 Metal Material Science (Beijing: Machine industry Press) p8 (in Chinese) [王笑天 1987 金属材料学 (北京: 机械工业出版社) 第8页]

    [10]

    Segall M D, Lindan P J D, Prober M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Clark S J, Segall M D, Pockard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Payne M C 2005 Z. fkrist. 220 567

    [12]

    Chamati H, Papanicolaou N I, Mishin Y, Papaconstantopoulos D A 2006 Surf. Sci. 600 1793

    [13]

    Zheng L, Jiang C B, Shang J X, Zhu X X, Xu H B 2007 Acta. Phys. Sin. 56 1532 (in Chinese) [郑蕾, 蒋成保, 尚家香, 朱小溪, 许慧彬 2007 物理学报 56 1532]

    [14]

    Wang Y, Curtarolo S, Jiang C, Arroyave R, Wang T, Ceder G, Chen L Q, Liu Z K 2004 Calphad 28 79

    [15]

    Zhang C L, Lin J M, Han P D, Yan L Y, Liu X G, Xu B S 2008 Rare. Met. Mater. and Eng. 37 1705 (in Chinese) [张彩丽, 李晋敏, 韩培德, 迟美, 闫凌云, 刘旭光, 许并社 2008 稀有金属材料与工程 37 1705]

    [16]

    Zhou D W, Hu Y J, Liu J S 2006 Rare. Met. Mater. and Eng. 35 871 (in Chinese) [周惦武, 彭平, 胡艳军, 刘金水 2006 稀有金属材料与工程 35 871]

    [17]

    Zhao Y H, Huang Z W, Li A H, Mu Y Q, Yang W M, Hou H, Han P D, Zhang S Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 047103 (in Chinese) [赵宇宏, 黄志伟, 李爱红, 穆彦青, 杨伟明, 侯华, 韩培德, 张素英 2011 物理学报 60 047103]

    [18]

    Chen Y, Shang J X, Zhang Y 2007 J. Phys.: Condens Matter 19 016215

    [19]

    Hu M Q, Yang R, Xu D S, Hao Y L, Li D 2003 Phys. Rev. B 68 054102

    [20]

    Shan J X, Zhao D L, Wang C Y 2001 Acta Metall. Sin. 37 893 (in Chinese) [尚家香, 赵栋梁, 王崇愚 2001 金属学报 37 893]

    [21]

    Shang J X, Yu T B 2009 Acta Phys. Sin. 58 1179 (in Chinese) [尚家香, 于谭波 2009 物理学报 58 1179]

    [22]

    Shang J X, Yu X Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 2380 (in Chinese) [尚家香, 喻显杨 2008 物理学报 57 2380]

    [23]

    Fang L H, Wang L, Gong J H, Dai H S, Miao D Z 2010 Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 20 857

  • [1]

    Umemoto M, Liu Z G, Masuyama K, Tsuchiya K 2001 Scripta Mater 45 391

    [2]

    Wang J, Wang Y 2007 Mater. Lett. 61 4393

    [3]

    Liu Y P, Xue J X, Han P D 2010 Mater. Sci. Forum 654-656 1968

    [4]

    Liu Y P, Xu J Y, Kui X Y, Wang J Z, Gao Y, Xu Z 2005 Trans. Nonferrous Met. Soc. China 15 415

    [5]

    Gao Y, Wang C L, Liu Y P, Xu J Y 2011 Trans. Metal Heat Treatm. 32 143 (in Chinese) [高原, 王成磊, 刘燕萍, 徐晋勇 2011 材料热处理学报 32 143]

    [6]

    Peng D L, Sumiyama k, Suzuki K 1997 J. Alloys Compd. 259 1

    [7]

    Gorbachev I I, Popov V V 2009 Phys. Met. Metallogr. 108 484

    [8]

    Jonsson S 1996 Metall. Mater. Trans. B 29 371

    [9]

    Wang X T 1987 Metal Material Science (Beijing: Machine industry Press) p8 (in Chinese) [王笑天 1987 金属材料学 (北京: 机械工业出版社) 第8页]

    [10]

    Segall M D, Lindan P J D, Prober M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Clark S J, Segall M D, Pockard C J, Hasnip P J, Probert M I J, Refson K, Payne M C 2005 Z. fkrist. 220 567

    [12]

    Chamati H, Papanicolaou N I, Mishin Y, Papaconstantopoulos D A 2006 Surf. Sci. 600 1793

    [13]

    Zheng L, Jiang C B, Shang J X, Zhu X X, Xu H B 2007 Acta. Phys. Sin. 56 1532 (in Chinese) [郑蕾, 蒋成保, 尚家香, 朱小溪, 许慧彬 2007 物理学报 56 1532]

    [14]

    Wang Y, Curtarolo S, Jiang C, Arroyave R, Wang T, Ceder G, Chen L Q, Liu Z K 2004 Calphad 28 79

    [15]

    Zhang C L, Lin J M, Han P D, Yan L Y, Liu X G, Xu B S 2008 Rare. Met. Mater. and Eng. 37 1705 (in Chinese) [张彩丽, 李晋敏, 韩培德, 迟美, 闫凌云, 刘旭光, 许并社 2008 稀有金属材料与工程 37 1705]

    [16]

    Zhou D W, Hu Y J, Liu J S 2006 Rare. Met. Mater. and Eng. 35 871 (in Chinese) [周惦武, 彭平, 胡艳军, 刘金水 2006 稀有金属材料与工程 35 871]

    [17]

    Zhao Y H, Huang Z W, Li A H, Mu Y Q, Yang W M, Hou H, Han P D, Zhang S Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 047103 (in Chinese) [赵宇宏, 黄志伟, 李爱红, 穆彦青, 杨伟明, 侯华, 韩培德, 张素英 2011 物理学报 60 047103]

    [18]

    Chen Y, Shang J X, Zhang Y 2007 J. Phys.: Condens Matter 19 016215

    [19]

    Hu M Q, Yang R, Xu D S, Hao Y L, Li D 2003 Phys. Rev. B 68 054102

    [20]

    Shan J X, Zhao D L, Wang C Y 2001 Acta Metall. Sin. 37 893 (in Chinese) [尚家香, 赵栋梁, 王崇愚 2001 金属学报 37 893]

    [21]

    Shang J X, Yu T B 2009 Acta Phys. Sin. 58 1179 (in Chinese) [尚家香, 于谭波 2009 物理学报 58 1179]

    [22]

    Shang J X, Yu X Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 2380 (in Chinese) [尚家香, 喻显杨 2008 物理学报 57 2380]

    [23]

    Fang L H, Wang L, Gong J H, Dai H S, Miao D Z 2010 Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 20 857

  • [1] 文平, 李春福, 赵毅, 张凤春, 童丽华. Cr,Mo,Ni在α-Fe(C)中占位、键合性质及合金化效应的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(19): 197101. doi: 10.7498/aps.63.197101
    [2] 王海燕, 高雪云, 任慧平, 张红伟, 谭会杰. 稀土La在-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(14): 148101. doi: 10.7498/aps.63.148101
    [3] 王明军, 李春福, 文平, 张凤春, 王垚, 刘恩佐. Cr,Mo,Ni在-Fe(C)中的键合性质及对相结构稳定性的影响. 物理学报, 2016, 65(3): 037101. doi: 10.7498/aps.65.037101
    [4] 张素英, 韩培德, 赵宇宏, 黄志伟, 李爱红, 穆彦青, 杨伟明, 侯华. Nb在Ni3Al中取代行为及合金化效应的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047103. doi: 10.7498/aps.60.047103
    [5] 尚家香, 喻显扬. 3d过渡金属在NiAl中的占位及对键合性质的影响. 物理学报, 2008, 57(4): 2380-2385. doi: 10.7498/aps.57.2380
    [6] 牛雪莲, 王立久, 孙丹. 铬和镍的添加对Fe3Al合金力学性能影响的DFT研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037104. doi: 10.7498/aps.62.037104
    [7] 胡玉平, 平凯斌, 闫志杰, 杨雯, 宫长伟. Finemet合金析出相-Fe(Si)结构与磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(10): 107504. doi: 10.7498/aps.60.107504
    [8] 刘飞, 文志鹏. Zr, Nb, V在α-Fe(C)中的占位、电子结构及键合作用的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(13): 137101. doi: 10.7498/aps.68.20182282
    [9] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014212. doi: 10.7498/aps.65.014212
    [10] 赵立凯, 赵二俊, 武志坚. 5d过渡金属二硼化物的结构和热、力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(4): 046201. doi: 10.7498/aps.62.046201
    [11] 王娜, 唐壁玉. L12型铝合金的结构、弹性和电子性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 230-S234. doi: 10.7498/aps.58.230
    [12] 刘常升, 李永华, 朱建新, 郑伟涛, 王煜明, 孟繁玲. NiTi合金的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7204-7209. doi: 10.7498/aps.57.7204
    [13] 罗强, 唐斌, 张智, 冉曾令. H2S在Fe(100)面吸附的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(7): 077101. doi: 10.7498/aps.62.077101
    [14] 卢志鹏, 祝文军, 卢铁城. 高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(5): 056401. doi: 10.7498/aps.62.056401
    [15] 石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利. H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(11): 116301. doi: 10.7498/aps.64.116301
    [16] 贾婉丽, 周淼, 王馨梅, 纪卫莉. Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(10): 107102. doi: 10.7498/aps.67.20172290
    [17] 江学范, 全宏瑞, 罗礼进, 仲崇贵, 谭志中, 蒋青. Heusler合金Mn2NiGe磁性形状记忆效应的第一性原理预测. 物理学报, 2010, 59(11): 8037-8041. doi: 10.7498/aps.59.8037
    [18] 党宏丽, 于 涛, 王崇愚. γ-TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2838-2844. doi: 10.7498/aps.56.2838
    [19] 梁培, 刘阳, 王乐, 吴珂, 董前民, 李晓艳. 表面悬挂键导致硅纳米线掺杂失效机理的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(15): 153102. doi: 10.7498/aps.61.153102
    [20] 丁俊, 文黎巍, 王玉梅, 裴慧霞. Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047110. doi: 10.7498/aps.60.047110
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1643
  • PDF下载量:  640
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-15
  • 修回日期:  2011-11-07
  • 刊出日期:  2012-06-20

Ti, C, N在-Fe基中的合金化效应及对键合性质的影响

  • 1. 太原理工大学机械工程学院, 太原 030024;
  • 2. 太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室, 太原 030024
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 20976115)和国家自然科学青年基金(批准号: 20906066)资助的课题.

摘要: 基于第一性原理赝势平面波方法研究了合金元素Ti, C, N对-Fe基电子结构及键合性质的影响, 计算了含Ti, C, N的Fe基固溶体的总能量、结合能, 分析了态密度、电荷布居数、交叠布居数和电荷密度, 从理论上解释了在Fe基中固溶Ti, C, N后其性能改善的原因. 结果表明, 随着Fe基固溶体中Ti(012.5 at%), C(011.11 at%), N(011.11 at%)含量增加, 结合能略有增加; Ti, C, N的固溶使各Fe基固溶体在费米能级处强烈成键, 结合能力增强, 并且在费米能级附近出现赝能隙, 表明固溶体中金属键与共价键共存; 随着Ti, C, N含量的增加, C, N分别与Ti, Fe之间的共价键结合强度加强, 部分C, N原子会与Ti原子结合形成TiC, TiN颗粒, 起到沉积相颗粒强韧化作用.

English Abstract

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回