NbCr2和HfCr2的廣義層錯能和位錯性質(zhì)研究.pdf

1、La ves相鉻基合金化合物由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，被認為是潛在的高溫結(jié)構(gòu)材料,其拓撲密排的結(jié)構(gòu)，使其宏觀上表現(xiàn)為高硬度、高熔點，很好的耐腐蝕性、抗蠕變、抗氧化能力，這些優(yōu)異的高溫性能使得其具有很好發(fā)展前景。然而和其它合金化合物一樣，其顯著的室溫脆性極大的限制了它的發(fā)展。因此提高其塑性十分有必要。為了進一步改善其室溫脆性，合金化被認為是一條重要的途徑。通過添加其它金屬元素來改變 La ves相鉻基合金化合物的電子的濃度、晶體結(jié)構(gòu)、形

2、成空位、晶格畸變，從而引起相變、改變其形變方式，化合鍵特性等，來提高其韌性。
　　通常，室溫脆性跟材料的塑性形變相關(guān)，而塑性形變又受位錯等微觀缺陷結(jié)構(gòu)控制。因此研究合金化化合物的微觀缺陷結(jié)構(gòu)來了解其塑性形變機制和相關(guān)力學(xué)性質(zhì)，從而提高其塑性。
　　本文利用第一性原理方法計算C14、C15 Laves相合金化合物NbCr2和HfCr2的彈性常數(shù)，討論了其力學(xué)性能,以及在NbCr2和HfCr2摻入過渡金屬元素（V、Zr、Mo、T

3、a和W）對其廣義層錯能和位錯性質(zhì)的影響。具體內(nèi)容如下：
　　①通過第一性原理計算了C15 Laves相NbCr2和HfCr2沿1/2<110>{111}滑移和沿1/6<112>{111}協(xié)同滑移兩種路徑的廣義層錯能曲線，基于計算得到的廣義層錯能，討論了其形變機制，明確了沿1/6<112>{111}滑移為能量更優(yōu)路徑?；?Griffith斷裂理論計算的解理能和不穩(wěn)定層錯能引入了關(guān)于脆塑性行為的 Rice判據(jù)，研究摻雜濃度為2.8

4、at.％的過渡金屬元素對NbCr2和HfCr2脆塑性的影響。結(jié)果表明 NbMo、 HfTa和WHf能提高NbCr2和HfCr2的塑性。利用Foreman方法求解修正的P-N位錯方程得NbCr2和HfCr2摻雜前后晶體中1/6<112>{111}刃位錯、螺位錯、混合位錯的芯結(jié)構(gòu)和 Peierls應(yīng)力，并討論摻雜元素對位錯芯結(jié)構(gòu)以及Peierls應(yīng)力的影響。發(fā)現(xiàn)，刃位錯的芯寬度比螺位錯的芯寬度大，而刃位錯的Peierls應(yīng)力比螺位錯的 Pe

5、ierls應(yīng)力小，表明移動刃位錯要比移動螺位錯容易，致使其刃位錯的芯寬度大于螺位錯的芯寬度。而且 NbMo和 HfTa、WHf分別增大了NbCr2和HfCr2的芯寬度而減小了Peierls應(yīng)力。
　?、诨趨f(xié)同剪切機制建立了 C14 Laves相的滑移模型和形成本征層錯的模型。通過第一性原理計算得到了C14 Laves相NbCr2和HfCr2沿1/3<1010>{0001}廣義層錯能曲線。理想的C14相結(jié)構(gòu)經(jīng)協(xié)同剪切過程，完整的C

6、14相結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了部分C15相結(jié)構(gòu)。利用基于表面能和不穩(wěn)定層錯能的Rice判據(jù)討論了摻雜濃度為3.3 at.%的過渡金屬元素對NbCr2和HfCr2脆塑性的影響。結(jié)果表明 NbMo、Ta Hf和WHf能提高NbCr2和HfCr2的塑性。由得到的?isf都為負值，表明C15Laves相比C14Laves相更穩(wěn)定。利用Foreman方法求解修正的P-N位錯方程，得到NbCr2和HfCr2摻雜前后的晶體中1/3<1010>{0001}的刃位錯