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高熵合金Al_xCoCrFeNi（x=1，2）力学性质的第一性原理研究

作　者: 周磊
导　师: 贾瑜
学　校: 郑州大学
专　业: 理论物理
关键词: 第一性原理高熵合金立方晶体弹性模量硬度
分类号: O482.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

20世纪末,传统合金已经接近成熟及饱和,在旧的合金系统中已经很难创造出新的合金体系,多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的合金设计理念,是一种具有5种以上主元而且每种主元原子分数在5%到35%之间的合金。多主元混合产生高熵效应,使合金容易形成BCC、FCC、HCP等简单的微结构。并且在很多性能上优于传统合金如高硬度、耐腐蚀、耐高温以及耐磨损等性能。引起科学界的广泛关注和积极探索。本文使用第一性原理方法研究了多主元高熵合金,通过对AlCoCrFeNi(下面简称A11)和Al2CoCrFeNi(下面简称A12)的晶格常数、立方晶体弹性常数(C11，C12,C44)、力学弹性模量的研究。得出如下关系晶格常数a(Al1)<a(Al2)与实验值趋势一致,杨氏模量E(A11)=135.28GPa与实验值E0=127GPa符合较好,误差在10%以内。G/B(Al1)=0.3745<G/B(Al2)=0.407575与C12-C44(Al1)=50.9GPa>C12-C44 (Al2)= 48.44GPa较一致,说明AlCoCrFeNi延展性较好而Al2CoCrFeNi脆性较好,以及E(Al1)< E(Al2), GAl1< GAl2及C44(Al2)> C44(Al1)则表明Al2CoCrFeNi比AlCoCrFeNi的硬度要高这也与实验结果符合。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章:绪论  8-20
  1.1 计算物理学  8-10
  1.2 计算材料科学  10-14
  1.3 多主元高熵合金  14-20
    1.3.1 高熵合金的定义  14-16
    1.3.2 高熵合金的结构特征  16-17
    1.3.3 多主元高熵合金的性能特点  17-18
    1.3.4 高熵合金的研发成果  18-19
    1.3.5 高熵合金的应用潜力  19-20
第二章第一性原理计算方法  20-33
  2.1 多电子体系的薛定谔方程  20-24
    2.1.1 玻恩-奥本海默近似(绝热近似)  22
    2.1.2 哈特利-福克近似  22-24
  2.2 密度泛函理论  24-27
    2.2.1 Hohenberg-Koho定理证明  24-26
    2.2.2 Kohn-Sham方程  26-27
  2.3 交换关联泛函  27-31
    2.3.1 局域密度近似(LDA)  28-29
    2.3.2 广义梯度近似(GGA)  29-31
  2.4 自洽计算  31-32
  2.5 VASP软件包的介绍  32-33
第三章多主元高熵合金和弹性模量的计算  33-43
  3.1 高熵合金的研究背景  33-39
    3.1.1 高熵合金的提出  33-35
    3.1.2 高熵合金形成的热力学与动力学  35-36
    3.1.3 高熵合金中元素对结构的贡献  36-39
  3.2 弹性模量的计算方法  39-43
    3.2.1 模型的选择  39-40
    3.2.2 体心立方(BCC)和B2结构  40-43
      3.2.2.1 体心立方结构  40
      3.2.2.2 B2结构  40-43
第四章高熵合金ALXCOCRFENI(X=1,2)力学性质的第一性原理研究  43-50
  4.1 计算过程  43
  4.2 结构与讨论  43-50
    4.2.1 模型的建立  43-44
    4.2.2 数值结果  44-50
      4.2.2.1 弹性常数和力学性质计算  44-50
第五章总结  50-51
参考文献  51-56

高熵合金Al_xCoCrFeNi（x=1，2）力学性质的第一性原理研究

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