点缺陷对Ni基超合金γ与γ'相及γ/γ'相界力学性质影响的第一原理计算

发布时间：2025-05-20 00:36

　　镍基单晶超合金是制备先进航空发动机叶片的关键材料,明确强化相γ′-Ni₃Al、基体相γ-Ni以及γ-Ni/γ′-Ni₃Al相界的强化机制,有助于指导新一代镍基单晶超合金的研发。为此,本文采用第一原理计算方法,进行了如下研究。（1）采用CASTEP软件与Ni₃Al和Ni（2×2×2）超胞模型研究了Al反位和Ni空位浓度分别对Ni₃Al和Ni晶体力学性质的影响,并与经验公式计算结果进行比较分析。结果表明:随Al反位浓度增大,Ni₃Al单晶<001>和<011>方向的杨氏模量以及<011>和<111>方向的剪切模量增大;Ni₃Al多晶的杨氏模量E和剪切模量G基本不受影响。随Ni空位浓度升高,Ni单晶各个取向的E和G显著降低;Ni多晶的E和G也均降低。这一结果经验公式计算表明,可以通过电子密度和体积来预测体模量的变化。（2）采用VASP软件和Ni₃Al（3×3×3）超胞模型计算了Ni_3<...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 镍基单晶超合金
        1.1.1 镍基单晶超合金的发展
        1.1.2 镍基单晶超合金的微观结构
    1.2 镍基单晶超合金中的缺陷结构
        1.2.1 γ相中的缺陷
        1.2.2 γ'相中的缺陷
        1.2.3 与γ/γ'相界面有关的缺陷
    1.3 含点缺陷γ相,γ'相和γ/γ'相界力学性质的研究进展
        1.3.1 点缺陷对γ相力学性质的影响
        1.3.2 点缺陷对γ'相力学性质的影响
        1.3.3 点缺陷对γ/γ'相界力学性质的影响
    1.4 本文研究意义和内容
第2章 第一原理与计算方法
    2.1 引言
    2.2 第一原理
        2.2.1 密度泛函理论
        2.2.2 局域密度近似
        2.2.3 广义梯度密度近似
        2.2.4 赝势
    2.3 计算方法
        2.3.1 CASTEP计算软件
        2.3.2 VASP计算软件
第3章 点缺陷浓度对Ni和Ni₃Al力学性质的影响
    3.1 引言
    3.2 计算模型和方法
    3.3 计算结果与讨论
        3.3.1 点缺陷形成能
        3.3.2 点缺陷浓度对Ni和Ni₃Al力学性质的影响
        3.3.3 与经验公式计算结果的比较分析
    3.4 本章小结
第4章 复合点缺陷对Ni₃Al力学性质的影响
    4.1 引言
    4.2 计算模型和方法
    4.3 计算结果与讨论
        4.3.1 Ni₃Al缺陷结构的形成焓与点缺陷形成能
        4.3.2 点缺陷对Ni₃Al多晶力学性质的影响
        4.3.3 点缺陷对Ni₃Al单晶力学性质的影响
        4.3.4 结果与实验结果的比较
        4.3.5 Ni₃Al不同点缺陷结构的电子结构分析
    4.4 本章小结
第5章 P掺杂对γ-Ni/γ'-Ni₃Al相界断裂强度的影响
    5.1 引言
    5.2 计算模型和方法
    5.3 计算结果与讨论
        5.3.1 P在γ-Ni/γ'-Ni₃Al相界的择优占位
        5.3.2 P掺杂γ/γ'相界的Griffith断裂功
        5.3.3 P掺杂γ/γ'相界的电子结构分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：4046571