使用第一原则计算,Nb兴奋剂对Ti-Al金属间化合物的特性的影响
Kun Wang1, Hongping Xiang1, Lin Xu2
1Shanghai Key Laboratory of D&A for Metal-Functional Materials, School of Materials Science & Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|January 23, 2024
概括
第一原理计算显示,- (Ti-Al) 化合物中含量增加可以增强强度,但可降低柔性. (Nb) doping 保持稳定性,并提高散装模量和可塑性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算材料科学科学 计算材料科学
- 固态物理 固态物理
背景情况:
- - (Ti-Al) 金属间化合物在高温应用中至关重要.
- 了解它们的结构,机械和电子特性对于材料设计至关重要.
- (Nb) 等合金元素对Ti-Al属性的影响需要详细研究.
研究的目的:
- 研究无Nb和Nb兴奋剂Ti-Al化合物的晶体结构,稳定性,机械和电子特性.
- 为了确定Ti-Al系统中最稳定的阶段.
- 阐明含量和兴奋剂对机械行为和粘合特性的影响.
主要方法:
- 使用第一原理计算来建模Ti-Al金属间化合物.
- 根据相位图,考虑了7个组件和11个晶体配置.
- 使用计算弹性常数和Voigt-Reuss-Hill方案估计的机械性能.
主要成果:
- 确定了hP8-Ti3Al,tP4-TiAl,tP32-Ti3Al5,tI24-TiAl2,tI16-Ti5Al11,tI24-Ti2Al5,以及tI32-TiAl3作为最稳定的阶段.
- 观察到机械强度的增加和延展度的降低随着含量的增加,与增强的共价键有关.
- 发现~5%的Nb兴奋剂保持了热力学和机械稳定性,略微增加了体积模量,并由于Nb 4d轨道相互作用而提高了可塑性.
结论:
- Nb兴奋剂对Ti-Al化合物的机械性能产生积极影响,增强柔性和散装模量.
- 电子结构,特别是Nb 4d轨道与Ti-3d和Al-3p轨道的相互作用,支了改进的金属结合和特性.
- 这些发现为设计具有针对苛刻应用的特性的先进Ti-Al合金提供了宝贵的见解.
