杂质浓度对Zr替位掺杂γ-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响

摘要：

以Zr替代Ti(或Al)掺杂γ-TiAl体系为研究对象,掺杂浓度(摩尔比)分别为1/54,1/36,1/24和1/16.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了Zr掺杂γ-TiAl体系的晶体结构及其稳定性、延性和电子性质等.结果显示,Zr替位掺杂,可以改变γ-TiAl基合金的结构对称性.计算的形成能表明,Zr替代Ti原子会使体系的形成能降低,而Zr替代Al原子会使体系的形成能增加.因而,在掺入γ-TiAl时,Zr更倾向于替代Ti原子,但是Zr替代Al原子也具有一定的可能性,从而会产生多样的掺杂体系,对于改善合金的性质具有重要意义.对各个体系轴比的计算与分析表明,当掺杂浓度为1.85at％-6.25 at％时,Zr替代Al原子会使体系的轴比减小、接近于1,从而改善合金的延性效果明显.能带结构显示各个Zr掺杂γ-TiAl体系均具有金属导电性.对电子态密度和布居数的分析表明,Zr替代Al原子后,Zr与其邻近Ti原子的共价键结合强度大为降低,导致合金体系中的Ti-Al(Zr)键的平均强度明显减弱,金属键增强,这是改善γ-TiAl合金延性的重要因素.

关键词：Zr掺杂γ-TiAl、晶体结构、延性、电子性质

所属期刊栏目：65

资助基金：Project supported by the National Natural Science Foundation of China Grant No.51201181.国家自然科学基金批准号:51201181资助的课题.

在线出版日期：2016-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：240-248