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置氫α鈦幾何與能量的第一性原理研究

2015-12-31 11:49:04魏圣泉鄭玉斌王玉潔袁寶國
精密成形工程 2015年1期
關鍵詞:體系

魏圣泉,鄭玉斌,王玉潔,袁寶國

(合肥工業大學材料科學與工程學院,合肥 230009)

鈦合金由于其優異的力學性能以及耐高溫、抗腐蝕性強等特點,在航空航天領域有著廣泛的應用[1—3]。長久以來,氫元素的富集一直被認為是導致鈦合金發生氫脆的主要原因;而近年來的研究發現,適當含量的氫,可以改變鈦合金的顯微組織,從而改善鈦合金的加工性能[4]。如1959年西德學者Zwiecker和Schleicher發現,適當含量的氫有利于改善鈦合金熱壓力加工性能;李曉華[5]發現一定含量的氫可以明顯減小鈦合金的高溫變形流變應力,如氫含量為0.3%(質量分數)時,流變應力峰值降低36% ~60%,變形溫度降低50℃。

基于密度泛函理論的第一性原理是基于體系的哈密頓量,通過求解多粒子體系的薛定諤方程來研究體系的電子結構[6]。劉林飛[7]等人借助第一原理贗勢平面波的方法,計算出了C,N,O在α鐵中的擴散激活能,得出的結果與實驗的誤差小于6.2%;尚家香[8]等人通過第一性原理方法研究了氫原子在B2-NiAl和Cr合金中的占位以及對鍵合作用的影響,預測H在B2-NiAl/Cr體系中主要占據Cr的四面體間隙位置。

本研究采用第一性原理方法對Ti-H體系的幾何結構和電子能量進行計算,研究不同氫含量對Ti-H體系結構和能量變化的影響。

1 計算模型和方法

1.1 計算模型

鈦具有2種同素異形體,在882.5℃以下為密排六方結構(hcp)的α鈦晶體;882.5℃至熔點間為體心立方結構(bcc)的β鈦晶體。考慮到鈦的實際應用,只取α鈦為研究對象,α鈦的理論晶格常數為:a=b=0.295 06 nm,c=0.464 78 nm,α=β=90°,γ =120°,空間群為 P63/MMC。采……

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