B2型FeAl力学性质、表面吸附和界面结合的第一性原理研究

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：ＢＳ１４０２００４龜浼蚤＃孩ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ博士学位论文ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒＤｏｃｔｏｒ’ｓＤｅｒｅｅｇＢ２型ＦｅＡｌ力学性质、表面吸附和界面结合的第一性原理研究Ｆ－ｉｒｓｔＰｒｉｎｃｉｌｅｓＳｔｕｄｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｅｒｔｉｅｓｐｙｐ，ＳｕｒｆａｃｅＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｏｎｄｉｎｇｏｆＢ２ＴｅＦｅＡｌｙｐ郑义兵指导教师姓名：王芬教授

2、学科名称：材料物理与化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学原创性声明及关于学位论文使用授权的声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立。进行研究所取得的成果除文中己经注明引用的两容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律贵任由本人承担＃论文作者签名：２０１８年月：期关于学位论文使用授权的声明本人完全了解陕西科技大学有关保

3、留、使用学位论文的规定，同意学校保留或佝国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研宄所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：导师签名：日期：２０１８年６月申请工学博士学位论文论文题目：B2型FeAl力学性质、表面吸附和界面结合的第一性原理研究学科门类：工学一级学

4、科：材料物理与化学培养单位：材料科学与工程学院博士生：郑义兵导师：王芬2018年5月First-PrinciplesStudyofMechanicalProperties,SurfaceAdsorptionandInterfaceBondingofB2TypeFeAlADissertationSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringScienceByYibingZhe

5、ngSupervisor:Prof.FenWangMay2018B2型FeAl力学性质、表面吸附和界面结合的第一性原理研究摘要B2型FeAl因其室温脆性大和超过600°C后强度急剧下降、抗蠕变性能变差的缺点而一直无法实现大规模工业应用。但因其原料低廉和具有低密度、高硬度、耐腐蚀等优点，仍然吸引着众多研究者进行深入探索。通过合金化进行固溶强化和利用第二相进行复合强化是改进上述缺陷的常用方法，但对其强化效果和微观机理还有待进行更全面的研究。此外，对FeAl进行功能化的研究也有助于其开辟新的应用领域。因此，开展FeAl表面和界面的研究对实现FeAl的功能化应用和研发金属

6、基复合材料，满足经济社会发展具有重要的意义。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理对B2型FeAl的力学性质、表面吸附和界面结合特性进行了研究。主要内容如下：(1)对单掺杂V、Sc、Mn、Si、Mg、Co、Zr、Cu、Zn、Nb、Cr、Mo、W、Ti和Ni15种元素对B2型FeAl的力学性质和强化机理进行了研究。结果表明：FeAl-Cr、FeAl-Ti和FeAl-Co体系为延性材料，并且FeAl-Co体系在这些合金相中具有最佳的延展性，其体积模量与杨氏模量之比B/G=1.92，泊松比为v=0.28。电子结构计算表明Cr、Ti和Co的掺杂引起了电荷的重新分布，弱化了A

7、l-Al间的相互作用，强化了Fe-Fe和Fe-Al间的相互作用。(2)对共掺杂CrX(X=Mo、Ti、Si)对FeAl的作用机理进行了研究，结果表明：共掺杂CrX时，Al-Al间的相互作用并没能继续得到削弱，甚至还有所反弹。Fe-Fe间的相互作用继续得到增强，Fe-Al间的相互作用除了Cr、Si共掺杂时的削弱外，也都有微弱增强。另一方面，X元素的引入，使得3个体系中Fe-Cr间的反键化相互作用大幅增强。(3)FeAl(110)面对Cr、Ti和Co3种原子吸附能的计算表明Cr、Ti原子最易吸附在FeAl(110)面的LB-2Al位置，而Co原子则最易吸附在短桥位，且

8、均为化学吸