基本信息
- 項目名稱：
- 鋁稀土合金化相平衡研究及其金屬間化合物的第一性原理計算
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 本作品針對當前鋁稀土合金設(shè)計與開發(fā)對于其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及稀土合金化相關(guān)相圖數(shù)據(jù)的需要來開展研究，通過實驗測定Al-Dy-Zr、 Al-Cr-Gd、Al-Cr-Pr三個三元系合金的相組成和相關(guān)系，及通過第一性原理對Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)、彈性常數(shù)、機械性能行計算。為輕質(zhì)高強度鋁合金的研究開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。
- 詳細介紹：
- 鋁稀土合金是當前重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，廣西的鋁資源豐富，開展相關(guān)研究具有重要的理論和實際意義。 本工作在實驗上，研究稀土鋁合金化即Al-T-RE（T=Zr、Cr; RE=Dy、Gd、Pr）的研究是通過把稀土元素Dy加入Al-Zr合金，Pr、Gd加入Al-Cr合金中,弄清Al-T-RE三元系合金在773K下的相組成和相關(guān)系。了解稀土鋁合金在制備過程中的熔化與結(jié)晶行為和在相應(yīng)使用環(huán)境中可能發(fā)生的變化、熱處理工藝等。彌補Al-T-RE合金相圖的空缺，為高性能鋁、鉻、鋯合金的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。 此外，在理論上的研究則利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd, Sm,Gd)的晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)和機械性能。利用LSDA+U的方法研究了Al3RE化合物的電子結(jié)構(gòu)。還利用Voigt–Reuss–Hill(VRH)模型推導(dǎo)出Al3RE化合物的彈性模量E和泊松比ν等，進而確定Al3RE金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)和機械性能。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品通過采用了X-ray衍射法、電鏡能譜法和差熱分析法等實驗技術(shù)來分別測定了鋁稀土合金化Al-Dy-Zr、Al-Cr-Gd、Al-Cr-Pr體系的相平衡，了解鋁稀土合金在制備過程中的熔化與結(jié)晶行為和在相應(yīng)使用環(huán)境中可能發(fā)生的變化、熱處理工藝等。還利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)的晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)和機械性能。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 本作品綜合運用的X-ray衍射法、電鏡能譜法和差熱分析法等實驗技術(shù)，確保了鋁稀土合金化相平衡測定工作的科學(xué)性與準確性。運用第一性原理計算鋁稀土金屬間化合物Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)的電子結(jié)構(gòu)和機械性能。計算科學(xué)在材料中的應(yīng)用，可避免傳統(tǒng)材料研制如“試錯法”等對人力、物力、財力的大量消耗。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本作品研究了鋁稀土合金化相平衡，優(yōu)化合金組分，并運用第一性原理計算鋁稀土金屬間化合物的電子結(jié)構(gòu)、機械性能等信息，彌補了鋁稀土合金的設(shè)計和開發(fā)對其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及相圖數(shù)據(jù)需求的不足。便于廣西能更好地開發(fā)豐富的鋁、稀土資源，為廣西有色金屬產(chǎn)業(yè)向深加工方向發(fā)展提供重要的實驗和理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- [1]潘復(fù)生等．我國稀土鋁合金的研究和應(yīng)用[J]．輕合金加工技術(shù)，1990,3：1-12 [2]曹大力等. 稀土在鋁及鋁合金中的作用[J].稀土.2006,5. [3]聶耀莊. 金屬晶格穩(wěn)定性與熱學(xué)性質(zhì)第一原理研究[D].中南大學(xué)，2007. [4]H.Okamoto, Al-Zr (Aluminum-Zirconium)[J]. Journal of phase equilibria, 23(5) (2002) 455-456 [5]H.Okamoto, phase diagrams for binary alloys[M]. American Society for Metals International. 21(6)(2000)569 [6]H.Okamoto, phase diagrams for binary alloys[M]. American Society for Metals International.2(1990)174.
獲獎情況
- 2011年5月在《Solid State Communications》發(fā)表一篇論文: Mingjun Pang, Yongzhong Zhan, Maoxing Ling(凌茂星), Shuangjie Wei, Ya Liu and Yong Du.First-principles study on the crystal, electronic structure and mechanical properties of hexagonal Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd) intermetallic compounds.[J]Solid State Communications(2011),doi:10.1016/j.ssc.2011.05.25
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- 無
同類課題研究水平概述
- 相圖是材料科學(xué)的基礎(chǔ)，是探索新材料的重要參考，是制定和改進材料加工工藝及規(guī)范熱處理的主要依據(jù)。金屬間化合物材料是以相圖中間的有序金屬間化合物作為基體的一種全新材料，與傳統(tǒng)的金屬材料相比，其性能介于金屬和陶瓷之間，是一類極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料。 H.Okamoto在1990-2002之間已測定了二元相圖Al-Zr、Al-Cr、Al-Dy、Al-Gd、Al-Pr、Zr-Dy、Cr-Pr、Cr-Gd。這些二元相圖為測定三元合金相圖提供了非常重要的信息。本作品研究鋁稀土合金化的相組成和相關(guān)系，為高強度鋁、鉻、鋯合金的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。本工作屬首次研究，彌補了Al-Zr-RE，Al-Cr-RE系合金相圖的不足。 Srivastava等用TB-LMTO法在絕對零度和高壓條件下研究了AlRE金屬間化合物電子和熱性能。計算結(jié)果表明，稀土的f層電子對AlRE金屬間化合物電子和熱性能有重要的作用。Tao等人使用投影綴加波（PAW）方法預(yù)測AlRE和Al2RE在300 K下的彈性性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)。此外，也有關(guān)于立方Al3RE金屬間化合物的一些研究。Al3RE金屬間化合物有四種結(jié)構(gòu)：六方 Ni3Sn 結(jié)構(gòu)，六方 AuCu3結(jié)構(gòu)，三方/菱方 Al3Ho結(jié)構(gòu)，四方 Al3Ti結(jié)構(gòu)。由于對六方Al3RE結(jié)構(gòu)金屬間化合物研究很少，有必要探討研究。據(jù)報道，稀土離子f層電子對在鋁合金的結(jié)構(gòu)和電子性能有重要作用。因此，有必要了解Al3RE金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和機械性能等信息。
