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杂质浓度对Zr替位掺杂-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

宋庆功 秦国顺 杨宝宝 蒋清杰 胡雪兰

杂质浓度对Zr替位掺杂-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

宋庆功, 秦国顺, 杨宝宝, 蒋清杰, 胡雪兰
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  • 以Zr替代Ti(或Al)掺杂-TiAl体系为研究对象, 掺杂浓度(摩尔比)分别为1/54, 1/36, 1/24和1/16. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 计算研究了Zr掺杂-TiAl体系的晶体结构及其稳定性、延性和电子性质等. 结果显示, Zr替位掺杂, 可以改变-TiAl基合金的结构对称性. 计算的形成能表明, Zr替代Ti原子会使体系的形成能降低, 而Zr替代Al原子会使体系的形成能增加. 因而, 在掺入-TiAl时, Zr更倾向于替代Ti 原子, 但是Zr替代Al原子也具有一定的可能性, 从而会产生多样的掺杂体系, 对于改善合金的性质具有重要意义. 对各个体系轴比的计算与分析表明, 当掺杂浓度为1.85 at%6.25 at% 时, Zr替代Al原子会使体系的轴比减小、接近于1, 从而改善合金的延性效果明显. 能带结构显示各个Zr掺杂-TiAl体系均具有金属导电性. 对电子态密度和布居数的分析表明, Zr替代Al原子后, Zr与其邻近Ti原子的共价键结合强度大为降低, 导致合金体系中的Ti-Al(Zr)键的平均强度明显减弱, 金属键增强, 这是改善-TiAl合金延性的重要因素.
      通信作者: 宋庆功, qgsong@cauc.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51201181)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-18
  • 修回日期:  2015-11-29
  • 刊出日期:  2016-02-05

杂质浓度对Zr替位掺杂-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

  • 1. 中国民航大学理学院, 低维材料与技术研究所, 天津 300300;
  • 2. 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
  • 通信作者: 宋庆功, qgsong@cauc.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51201181)资助的课题.

摘要: 以Zr替代Ti(或Al)掺杂-TiAl体系为研究对象, 掺杂浓度(摩尔比)分别为1/54, 1/36, 1/24和1/16. 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 计算研究了Zr掺杂-TiAl体系的晶体结构及其稳定性、延性和电子性质等. 结果显示, Zr替位掺杂, 可以改变-TiAl基合金的结构对称性. 计算的形成能表明, Zr替代Ti原子会使体系的形成能降低, 而Zr替代Al原子会使体系的形成能增加. 因而, 在掺入-TiAl时, Zr更倾向于替代Ti 原子, 但是Zr替代Al原子也具有一定的可能性, 从而会产生多样的掺杂体系, 对于改善合金的性质具有重要意义. 对各个体系轴比的计算与分析表明, 当掺杂浓度为1.85 at%6.25 at% 时, Zr替代Al原子会使体系的轴比减小、接近于1, 从而改善合金的延性效果明显. 能带结构显示各个Zr掺杂-TiAl体系均具有金属导电性. 对电子态密度和布居数的分析表明, Zr替代Al原子后, Zr与其邻近Ti原子的共价键结合强度大为降低, 导致合金体系中的Ti-Al(Zr)键的平均强度明显减弱, 金属键增强, 这是改善-TiAl合金延性的重要因素.

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