NbCr2和HfCr2的廣義層錯能和位錯性質研究.pdf

1、La ves相鉻基合金化合物由于其優(yōu)良的物理和化學特性，被認為是潛在的高溫結構材料,其拓撲密排的結構，使其宏觀上表現為高硬度、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、晶體結構、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，而塑性形變又受位錯等微觀缺陷結構控制。因此研究合金化化合物的微觀缺陷結構來了解其塑性形變機制和相關力學性質，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，討論了其力學性能,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的影響。具體內容如下：
　?、偻ㄟ^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)定層錯能引入了關于脆塑性行為的 Rice判據，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、混合位錯的芯結構和 Peierls應力，并討論摻雜元素對位錯芯結構以及Peierls應力的影響。發(fā)現，刃位錯的芯寬度比螺位錯的芯寬度大，而刃位錯的Peierls應力比螺位錯的 Pe

5、ierls應力小，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應力。
　?、诨趨f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相結構經協同剪切過程，完整的C

6、14相結構中出現了部分C15相結構。利用基于表面能和不穩(wěn)定層錯能的Rice判據討論了摻雜濃度為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