基于密度泛函理论的La掺杂γ-TiAl体系结构延性与电子性质

摘要：

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了La替位Ti或Al且掺杂浓度分别为1.85 at.%,2.78 at.%,4.17 at.%,6.25 at.%,8.33 at.%,12.5 at.%的γ-TiAl合金的晶体结构、稳定性和延性等性质.结果显示,杂质La浓度x≤12.5 at.%,各个体系均具有较好的能量稳定性,即在一定条件下它们是可以实验制备的,且掺杂合金体系的密度<4.6 g·cm?3.La掺杂引起晶格参量变化进而导致合金体系的轴比发生变化.La的低浓度(x≤6.25 at.%)掺杂使合金体系的轴比相较纯γ-TiAl更接近于1,这对于改善材料的延性极为有利,其中Ti11LaAl12体系的轴比最接近于1,预报其延性最佳.通过对比Ti11LaAl12和Ti12Al12体系的布居数、电荷密度和电子态密度,发现Ti11 LaAl12体系延性改善的电子因素为:掺杂使体系内Al(Ti)原子轨道上的电子重新分布,Ti-d轨道和Al-p轨道的电子数均减小,可被p-d杂化轨道局域化的电子数减小,p-d轨道杂化键强度降低,从而使位错移动的阻力减少,延性得以明显改善.电子重新分布改变了部分化学键的性质,部分Al—Ti共价键转化为Al—La离子键,部分Ti—Ti共价键转化为Ti—La金属键,它们的共价性及方向性明显降低,材料金属性增强.在掺杂体系中Al—Al键的平均强度减弱,Al—Ti键和Ti—Ti键的平均强度增强,三者的强度差异明显减小,晶体结构的各向异性程度降低.

关键词：La掺杂γ-TiAl、晶体结构、延性、电子性质

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分类号：TG1;U4

资助基金：国家自然科学基金11304380;中央高校基本科研业务费专项资金 批准号:3122014K001 资助的课题. Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant 11304380;the Fundamental Research Funds for the Central Universities, ChinaGrant 3122014K001

在线出版日期：2017-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：208-220