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1、学校代码10530学号201510131285分类号TG115.2密级硕士学位论文合金化Mo2NiB2结构及力学性能的第一性原理研究李金明学位申请人李小波教授指导教师材料科学与工程学院学院名称材料科学与工程学科专业材料学研究方向二〇一八年六月First-principlesstudyonthestructureandmechanicalpropertiesofalloyedMo2NiB2CandidateJinmingLiSupervisorProf.XiaoboLiCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramM
2、aterialScienceandEngineeringSpecializationMaterialsscienceDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要Mo2NiB2基金属陶瓷因其具有良好的耐磨性、优异的耐腐蚀性和高温稳定性而成为一种很有发展前途的传统硬质合金的替代材料。但Mo2NiB2基金属陶瓷还存在以下问题：其在室温的抗弯强度和硬度与WC-Co系硬质合金相比还有一定差距，作为传统硬质合金的潜在替代材料，需要进一步改善；合金化对Mo2NiB2基金属陶瓷的改性有重要作用，但
3、目前相关研究主要集中在采用实验方法进行分析，并不能完全揭示合金元素对Mo2NiB2基金属陶瓷性能影响的内在原因。因此，为了改善Mo2NiB2基金属陶瓷的性能，探寻合金元素对Mo2NiB2结构及力学性能的影响规律及作用机理，本文通过第一性原理计算对(Mo,X)2(Ni,X)B2(X=Cr,V,Co,Fe,Mn,Ti,Nb,Zr)体系电子结构、晶体结构和力学性能进行系统研究；确定Mo2NiB2合金化体系的热力学稳定性；计算其体系的态密度等电子结构性质及弹性模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、硬度等力学性能；分析影响Mo2NiB2合金化体系力学性能的内在原因；为Mo2NiB2基金
4、属陶瓷的成分设计和烧结工艺优化提供科学依据。本文计算结果如下：(1)在Mo2NiB2中掺杂一定量Cr元素后，其结构由斜方转变为正方。计算得出在正方Mo2NiB2中Cr原子同时替换部分Ni和Mo原子位置后的结构更稳定，而且随着Cr含量的增加，正方Mo2NiB2的结构逐渐稳定以及力学性能更加优异。根据形成焓、力学性能及电子结构的分析，当Cr含量为10at.%至15at.%时，掺杂正方Mo2NiB2相比未掺杂斜方Mo2NiB2的晶体结构更加稳定且具有更加优异的力学性能。(2)在Mo2NiB2中掺杂一定量V元素后，其结构由斜方转变为正方，能够增加其耐磨性。计算得出V原子在正方Mo
5、2NiB2中同时替换部分Ni和Mo的晶体结构更稳定，而且随着V含量的增加正方Mo2NiB2的晶体结构逐渐稳定以及力学性能更加优异，当V含量为15at.%时，掺杂正方Mo2NiB2相比未掺杂的斜方Mo2NiB2的晶体结构更加稳定以及优异的力学性能。(3)在斜方Mo2NiB2结构中，添加10at.%的X(X=Co,Fe,Mn,Ti,Nb,Zr)原子分别替换中心原子Ni后，根据形成焓、力学性能以及电子结构进行比较，均没有未掺杂斜方Mo2NiB2的结构稳定及力学性能好。关键词：第一性原理；Mo2NiB2；合金元素；力学性能；电子结构1AbstractMo2NiB2basedcer
6、metshasbecomeapromisingalternativetoconventionalcementedcarbide,becauseofitsgoodofwearresistance,excellentcorrosionresistanceandhightemperaturestability.However,Mo2NiB2basedcermetshavethefollowingproblems:Atroomtemperature,itsbendingstrengthandhardnessisstilldifferentfromthatofWC-Cocement
7、edcarbide.Asapotentialalternativetotraditionalcementedcarbide,itneedsthefurtherimprovement,thatalloyingplaysanimportantroleinthemodificationofMo2NiB2basedcermets.Butrelatedresearchesmainlyfocusedontheuseofexperimentalmethodsforanalysis,andcannotfullyrevealtheintrins
