合金化对α-nb5si3性能的影响第一性原理计算与实验研究

《合金化对α-nb5si3性能的影响第一性原理计算与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TG178.445论文编号：102870614-S079学科分类号：080503硕士学位论文合金化对α-Nb5Si3性能的影响：第一性原理计算与实验研究研究生姓名邹爱华学科、专业材料加工工程研究方向金属材料的表面改性指导教师徐江教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一四年三月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyInfluenceofAlloyingEle

2、mentsonthePropertiesofα-Nb5Si3：First-PrinciplesCalculationandExperimentStudyAThesisinMaterialProcessingEngineeringbyZouAihuaAdvisedbyProf.XuJiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofNaturalScienceMarch，2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及

3、取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学研究生学位论文摘要Nb5Si3具有高熔点，适中的密度，高的高温强度及良好的抗蠕变性能等优点，成为高温结构材料研究的重点，然而Nb5Si3室温脆性大，严重阻碍了其实用化进程

4、，因而如何提高Nb5Si3的室温韧性成为近年来的研究热点之一。本文分别从理论计算和实验研究两个方向研究了合金化对α-Nb5Si3性能的影响。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法，通过比较形成能(Eform)、价电子浓度(VEC)、弹性常数(Cij)、剪切模量(G)与体模量(B)的比值(G/B)以及派-纳力(τP-N)等参量的变化，研究了Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo和W合金化对D81结构的α-Nb5Si3结构稳定性和力学性能的4c影响。研究表明：Ti、V、Cr、Mo和W原子优先占据α-Nb5Si3密排面上的Nb原子位置，Zr16l和Hf原子

5、优先占据疏松面上的Nb原子位置。添加不同含量合金化元素的α-Nb5Si3仍保持稳定的D81结构。Ti合金化导致α-Nb5Si3的脆性增大；而Zr、Hf、V、Cr、Mo和W合金化有助于提高α-Nb5Si3的韧性，其中Cr、Mo和W合金化对α-Nb5Si3的韧化作用更明显。此外，态密度(DOS)、差分电荷密度和Mulliken布居数等电子结构的计算结果表明：Ti合金化导致α-Nb5Si38h16l4a16l脆性增强是因为Si-Nb和Si-Nb键强的增大；V、Cr、Mo和W合金元素对α-Nb5Si3的韧8h16l16l化作用取决于Si-Nb共价键的减弱；虽然

6、Zr和Hf均优先占据α-Nb5Si3中Nb原子位置，且总态密度图的变化趋势一致，但合金化后对α-Nb5Si3中各价键的成键强度影响不同，对16lα-Nb5Si3的韧化机制不同，Zr合金化是通过形成键强较弱的Si-Zr共价键，而Hf是通过削弱16lSi-Nb共价键的强度。采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4钛合金表面制备了Nb5-xCrxSi3(x=0，0.5)纳米晶涂层，压痕和电化学腐蚀测试结果表明Cr合金化有助于改善α-Nb5Si3的断裂韧性和耐腐蚀性能。4a4c4a4c结合第一性原理计算结果可知，Si-Nb键是α-Nb5Si3中最易断裂的键，Si-

7、Cr键是Nb4.5Cr0.5Si3中最易断裂的键，这可能会造成两种涂层表面钝化膜成分的不同，从而表现出不同的耐腐蚀性能，这有待进一步验证。关键词：第一性原理，韧脆性，电子结构，共价键，腐蚀性能i万方数据合金化对α-Nb5Si3性能的影响：第一性原理计算与实验研究ABSTRACTOwingtoitsuniqueadvantagescombinationofhighmeltingpoint,moderatedensity,high-temperaturestrengthandgoodcreepresistance,Nb5Si3becomesafocusma

8、terialforstructuralapplicationsathightemperatur