非金屬溶質C、H、O和N對α型鈦合金基面滑移的影響

潘雄澤，唐壁玉

(廣西大學化學化工學院， 廣西南寧530004)

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非金屬溶質C、H、O和N對α型鈦合金基面滑移的影響

潘雄澤，唐壁玉

(廣西大學化學化工學院， 廣西南寧530004)

采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，研究了非金屬溶質C、H、O和N對α型Ti合金(0001)[1120]和(0001)[1010]基面滑移的影響。研究結果表明，非金屬原子使(0001)[1010]基面滑移的廣義層錯能降低。其中，不穩定層錯能γus的降低將導致該方向滑移的運動性能增強，而內稟層錯能的降低將有利于I2層錯的形成。對于(0001)[1120]基面滑移，除H原子外，C、N和O原子都使Ti合金的廣義層錯能升高，這將使基面在[1120]方向上滑移的能壘增加，促使該方向上的全位錯向其他方向分解。通過進一步對Ti合金的Bader電荷、差分電荷密度分布和局域態密度的計算，從微觀上分析了非金屬溶質原子對Ti合金基面滑移的影響。電子結構的研究表明，非金屬原子X(X=C、H、O和N)與其鄰近的Ti原子之間形成強度穩定的Ti-X共價鍵，其對滑移過程起著重要的作用。

密度泛函理論；鈦合金；基面滑移；電子結構；層錯能

鈦合金因具有優異的綜合性能(比強度高、耐腐蝕和生物相容性等)，被廣泛地應用于生物醫學、汽車、航天航空和通訊等領域[1-3]。但由于密排六方結構的鈦合金在室溫變形條件下可開動的滑移系數量有限，所以其變形加工困難，這大大限制了鈦合金的應用[4-5]。雖然鈦合金含有3個滑移系，即基面滑移系、柱面滑移系和錐面滑移系，但單晶研究表明基面滑移是相對比較容易啟動的，所以鈦合金在室溫下仍以基面滑移系為主[6]。……