【摘 要】
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利用第一性原理从微观角度分析不同金属元素掺杂对TiN体系的弹性性能的影响及其作用机制,为氮基陶瓷薄膜掺杂金属元素的涂层提供理论上的指导并改善其制备工艺.基于密度泛函数理论,建立TiN晶体原胞,对金属元素X(X=Al、V、Nb、Zr)掺杂TiN晶体的晶格常数(a)、弹性常数、体积模量(B)、剪切模量(G)、各向异性(A)、杨氏模量(E)进行数值模拟计算,并比较掺杂前后模型能带结构和电子态分布的变化.结果 表明:TiN晶体掺杂金属元素后,晶格常数和晶胞体积数值出现变化,掺杂后TiN-X(X=Al、V、Nb、Z
【机 构】
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上海应用技术大学上海物理气相沉积(PVD)超硬涂层及装备工程技术研究中心,上海201418;上海名古屋精密工具股份有限公司,上海201800
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利用第一性原理从微观角度分析不同金属元素掺杂对TiN体系的弹性性能的影响及其作用机制,为氮基陶瓷薄膜掺杂金属元素的涂层提供理论上的指导并改善其制备工艺.基于密度泛函数理论,建立TiN晶体原胞,对金属元素X(X=Al、V、Nb、Zr)掺杂TiN晶体的晶格常数(a)、弹性常数、体积模量(B)、剪切模量(G)、各向异性(A)、杨氏模量(E)进行数值模拟计算,并比较掺杂前后模型能带结构和电子态分布的变化.结果 表明:TiN晶体掺杂金属元素后,晶格常数和晶胞体积数值出现变化,掺杂后TiN-X(X=Al、V、Nb、Zr)的费米能级以及能量峰值总体向低能区移动,掺杂的金属元素都在费米能级附近贡献出了电子.Nb元素的掺杂能显著提高TiN晶体的柯西压力值,掺杂V和Nb元素后的TiN中B/G的值得到提高.掺杂原子均与TiN的原子发生轨道杂化,掺杂金属元素后的TiN导电性减弱,V和Nb元素的掺杂能提高TiN晶体的抗体积变形和抵抗断裂的能力,使TiN的韧性增加.Al和Zr元素的掺杂能提高TiN晶体的硬度及强度.Al和Nb元素的掺杂能降低TiN晶体的各项异性,提高了TiN的的延展性.
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采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及万能力学试验机等研究了不同热处理状态对耐磨黄铜微观组织及其形变强化的影响.结果 表明:随着淬火加热温度的升高,α相体量逐渐减小,3相体积分数逐渐增大,变形协调性降低,形变强化指数n值降低且晶粒粗大;α相、β相及硅锰强化相协同作用耐磨黄铜的力学性能,α相对合金的形变强化能力起积极作用,β相及硅锰强化相对合金的形变强化能力起消极作用;只有当各相成分含量相差一定数量时,耐磨黄铜的力学性能才会发生一定程度的变化.
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采用有限元仿真软件ANSYS对20CrMnTi变速器斜齿轮的淬火过程进行了数值模拟,分析了淬火过程中斜齿轮温度场、热应力场和热变形的情况,得到了斜齿轮淬火过程中的温度场和指定采样点的冷却曲线.结果 表明,热变形主要集中在斜齿轮中部区域,应力集中在齿根区域.本试验结果可为变速器斜齿轮的设计和热加工工艺的制定提供参考.
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