置換固溶體中間隙原子溶解和擴(kuò)散的第一性原理研究.pdf

1、材料中不可避免的出現(xiàn)一些缺陷,如間隙原子,它的熱力學(xué)行為對(duì)于材料的性能有著重要的影響,如氫脆斷裂、固溶強(qiáng)化等。間隙原子行為,尤其是其溶解與擴(kuò)散行為,不僅影響金屬及其合金的性能,還在擴(kuò)散、相變、塑性變形等過(guò)程中扮演著重要的角色。很多新型功能材料的發(fā)展與應(yīng)用也是利用了這些點(diǎn)缺陷效應(yīng)對(duì)材料性能的影響,比如基于點(diǎn)缺陷弛豫效應(yīng)的Snoek型高阻尼合金。
　　合金元素加入后,會(huì)與間隙原子間發(fā)生復(fù)雜的交互作用,這種作用影響了間隙原子的行為,進(jìn)而

2、改變了材料的性能,但是有關(guān)合金元素對(duì)間隙原子行為的影響作用,目前尚不清楚。本文基于第一性原理,通過(guò)構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)模型,將固溶體中置換原子與間隙原子的彈性和化學(xué)交互作用區(qū)分開(kāi)來(lái),并以置換型Nb-Cr-O體系為研究個(gè)例,研究了合金元素對(duì)間隙原子溶解行為和擴(kuò)散行為的影響。
　　計(jì)算結(jié)果顯示:在NbCrO體系中,置換原子加入后,由于原子半徑和電子結(jié)構(gòu)與基體不同所產(chǎn)生的彈性作用和化學(xué)作用對(duì)于間隙氧原子溶解焓和其沿著特定路徑擴(kuò)散的能量勢(shì)壘的改變

3、量都是隨著置換型合金元素濃度的改變而變化,但是變化速率不同;當(dāng)鉻含量較低時(shí),鉻元素的添加引起的間隙體積減小阻礙間隙原子的溶解與擴(kuò)散,而電子結(jié)構(gòu)的變化所產(chǎn)生的化學(xué)作用則有利于間隙氧原子的溶解和擴(kuò)散,且這種作用占據(jù)主導(dǎo)地位,這就決定了合金元素加入后,氧原子易于溶解和擴(kuò)散;而當(dāng)鉻含量進(jìn)一步增加時(shí),間隙體積的減小以及電子結(jié)構(gòu)的變化都不利于間隙氧原子的溶解和擴(kuò)散,在兩者共同作用下,間隙氧原子的溶解焓與擴(kuò)散勢(shì)壘顯著增加,這就大大阻礙了間隙氧原子的溶