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基本信息

項(xiàng)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(jì)算
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品針對(duì)當(dāng)前鋁稀土合金設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)對(duì)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(lái)開(kāi)展研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定Al-Dy-Zr、 Al-Cr-Gd、Al-Cr-Pr三個(gè)三元系合金的相組成和相關(guān)系，及通過(guò)第一性原理對(duì)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(jī)械性能行計(jì)算。為輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金的研究開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
詳細(xì)介紹：
鋁稀土合金是當(dāng)前重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，廣西的鋁資源豐富，開(kāi)展相關(guān)研究具有重要的理論和實(shí)際意義。 本工作在實(shí)驗(yàn)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(guò)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(guò)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(bǔ)Al-T-RE合金相圖的空缺，為高性能鋁、鉻、鋯合金的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)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(jì)算Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd, Sm,Gd)的晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)和機(jī)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(jìn)而確定Al3RE金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。

作品圖片

  • 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(jì)算
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  • 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(jì)算
  • 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(jì)算
  • 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(jì)算

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本作品通過(guò)采用了X-ray衍射法、電鏡能譜法和差熱分析法等實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)分別測(cè)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(guò)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(jì)算Al3RE(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)的晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本作品綜合運(yùn)用的X-ray衍射法、電鏡能譜法和差熱分析法等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，確保了鋁稀土合金化相平衡測(cè)定工作的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。運(yùn)用第一性原理計(jì)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(jī)械性能。計(jì)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(cuò)法”等對(duì)人力、物力、財(cái)力的大量消耗。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(yùn)用第一性原理計(jì)算鋁稀土金屬間化合物的電子結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能等信息，彌補(bǔ)了鋁稀土合金的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)對(duì)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(kāi)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(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

[1]潘復(fù)生等．我國(guó)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(jiǎng)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(wú)

參考文獻(xiàn)

無(wú)

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(jìn)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(cè)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(cè)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(qiáng)度鋁、鉻、鋯合金的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本工作屬首次研究，彌補(bǔ)了Al-Zr-RE，Al-Cr-RE系合金相圖的不足。 Srivastava等用TB-LMTO法在絕對(duì)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(jì)算結(jié)果表明，稀土的f層電子對(duì)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(cè)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(duì)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(bào)道，稀土離子f層電子對(duì)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(jī)械性能等信息。
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