掺杂原子对L12合金屈服应力异常性质的影响的第一性原理研究

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具有屈服应力异常的L12结构金属化合物如Ni基合金因其具有耐高温,耐磨损,耐腐蚀等一系列特点,在宇航工业中用作高温结构材料有着广泛的应用前景。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法首先计算了在不同压强下的Ni3Al,Ni3Ge,Ni3Ga,Ni3Si,Al3Ti和Al3Sc在{111}面和{010}面上的反相畴界能,进而通过能量判据分析屈服应力性质的变化。研究结果表明,随着压强的增加Ni3Al,Ni3Ge,Ni3Ga,Ni3Si,Al3Ti和Al3Sc的屈服应力性质不会产生改变,Ni3Al,Ni3Ge,Ni3Ga,Ni3Si和Al3Ti仍保持屈服应力异常的性质,Al3Sc的屈服应力性质则仍为正常。因此压强并不会使材料的屈服应力性质产生改变。为了取得性质的改变,选取了Ni3Ge,Ni3Si和Al3Sc三种材料分别进行掺杂。之所以选取这些材料是因为它们的p因子接近性质改变的临界值。对于掺杂原子的情况,首先计算不同原子在不同位置的形成能,来确定最稳定的掺杂情况。之后针对不同掺杂浓度,选取不同的超胞计算在{111}面和{010}面上反相畴界能,最后通过屈服应力性质的能量判据来预测屈服应力的性质是否改变及趋势。当在{111}面和{010}面只掺杂一种原子时,Al3Sc的屈服应力性质在只有{010}面的Sc被Ti替代且面浓度达到25%时会转变为异常。此时在{111}面用Li替代Al时,Al3Sc的屈服应力性质则会变回正常。当Ni3Ge和Ni3Si在{111}面的Ge和Si被合金原子替代的面浓度为12.5%和25%时,Ni3Ge和Ni3Si会保持正常的屈服应力性质。此时当Ga或Al原子被掺杂在{010}面时,具有正常性质的Ni3Ge和Ni3Si会转变回异常性质。当在{111}面和{010}面掺杂两种原子时,我们选取了Ni3Ge,在其中分别掺杂Fe,Al,Ge,Sc四中原子两两组合且掺杂面浓度选定为25%。当在Ni3Ge的{111}面掺杂以上四种原子的任意两种时,Ni3Ge的屈服应力性质变为正常,而此时再在{010}面掺杂时则又会转变回异常。所以通过掺杂原子可以显著地将L12结构合金的屈服应力性质在正常和异常之间进行转换。
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