摘要：锆合金的水侧腐蚀是核燃料棒包壳材料设计的关键问题之一.包壳材料的耐腐蚀性能与锆合金氧化膜中t-ZrO_(2)含量和t-m相变密切相关.目前,Zr-Sn-Nb系合金是新型锆合金发展的主流方向.合金元素Sn,Nb在氧化膜中可呈现多种价态,显著影响ZrO_(2)稳定性,然而Sn,Nb对t-ZrO_(2)含量和t-m相变的影响机制尚不明晰.本文基于第一性原理计算了不同价态Sn,Nb掺杂ZrO_(2)的晶体结构性质、形成焓和氧空位形成能,从原子尺度揭示了Sn,Nb对ZrO_(2)稳定性的影响机理.研究表明Sn^(2+),Nb^(3+)引起显著晶格膨胀;Sn^(4+)则造成轻微晶格膨胀,而Nb^(5+)引起晶格收缩,可见高氧化态下Nb比Sn更利于减小氧化膜的内应力.低价合金元素降低ZrO_(2)稳定性,且会增大t,m相形成能差距;高价的Nb^(5+),Sn^(4+)均可提高t-ZrO_(2)相对稳定性从而抑制t-m相变,其中Nb^(5+)效果显著,Sn^(4+)则作用微弱.0—3.5 GPa范围内,t-ZrO_(2)相对稳定性随压力增大而增强.合金元素的低价态比高价态更利于在t-ZrO_(2)中形成氧空位,因而在氧化膜/金属界面附近低氧化态区域,低价元素和压应力是稳定t-ZrO_(2)的主要因素.通过电子结构分析,发现氧空位形成能与合金元素离子和氧空位间的电荷转移幅度(或电子局域化程度)呈正相关.这些结果有助于针对锆合金耐腐蚀性的成分优化和结构设计.

摘要：采用第一原理计算方法系统地研究了Cu含量对Ni-Mn-Ga-Cu铁磁形状记忆合金的晶体结构、相稳定性和磁性能的影响。形成能的计算结果表明,在Ni2MnGa合金中,添加的第四组元Cu将优先占据Mn的亚晶格格点,从而为实验中的成分设计提供了理论依据。随着Cu含量的增加,铁磁性奥氏体的相稳定性逐渐减弱,而顺磁性奥氏体的相稳定性则逐渐增强,导致顺磁性奥氏体和铁磁性奥氏体的基态总能量之间的差值减小,这是此类合金Curie温度TC随Cu含量的增加而降低的本质原因。而实验上观察到的马氏体相变温度Tm随合金元素Cu含量的增加而升高的现象本质上是由于奥氏体与马氏体两相之间的能量差增大,从而提高了马氏体相变的驱动力所致。此外,Ni-Mn-Ga-Cu合金的磁性能随Cu含量的增加而减弱,并从电子态密度的角度阐释了磁性能降低的原因。

摘要：通过真空条件下Co-Fe-Sb三元体系1 073 K等温截面测定、Co-Fe-Sb三元体系凝聚态的热力学优化评估和气相组分的热力学数据计算,分析气相压力对该体系中二元和三元体系的相平衡和相稳定性的影响。结果表明:随着气相压力减小到一定程度,Co-Sb、Co-Fe、Fe-Sb和Co-Fe-Sb体系中的固相化合物相开始发生挥发分解,出现气液固三相平衡区,计算所得温度—压力曲线图表明每种化合物相都存在一个理论的压力极小值,并对应一个温度,在此压力之上或温度以下,不发生化合物由固相转变成气相的分解,凝聚态相保持与常压下基本相同的相平衡关系。计算结果从热力学上很好地解释了含Sb热电材料在试验研究和材料制备过程中存在的问题,对制备该化合物的工艺设计具有很好的参考作用。

摘要：通过第一性原理计算系统地研究了掺杂Ti含量对Ni_8Mn_(4-x)Ga_4Ti_x(x为单胞中掺杂Ti原子的个数,x=0、0.5、1、1.5和2)铁磁形状记忆合金相稳定性和磁性能的影响。根据能量最低原理,掺杂的Ti组元优先占据Ni_2MnGa合金中的Mn阵点。随着Ti含量的增加,顺磁奥氏体与铁磁奥氏体相的总能之差减小,从本质上导致了实验观察到的合金Curie温度(TC)的降低。随着Ti含量的逐渐增加,Fermi面以下自旋向上总电子态密度逐渐降低,而自旋向下的部分几乎不变,导致自旋向上与自旋向下的电子数之差减小,这是Ti含量增加而合金总磁矩降低的本质原因。本工作的计算结果对指导实验中的成分设计和开发新型磁控形状记忆合金具有重要意义。

摘要：为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

摘要：采用精确的Muffin-Tin轨道结合相干势近似方法,系统计算研究了0 K下Co和Ni过量对Co_(2+x)Ni1–xGa,Co_(2+x)NiGa_(1-x),Co_(2)-xNi_(1+x)Ga和Co_(2)Ni_(1+x)Ga_(1–x)(0≤x≤0.4)合金晶体结构及原子占位、马氏体相变、磁矩和弹性常数的影响规律及其物理机理.研究结果表明:绝大多数合金奥氏体相均具有XA稳定结构,且过量Co和Ni原子均占据在不足原子位置,仅当Ni取代Ga时其处于反常占位;随x的增加,仅有两组Ga不足合金的L10相对于XA的电子总能逐渐降低,前者四方剪切弹性常数逐渐增加,而后者其则逐渐减小,在能量和力学上Co和Ni取代Ga均促进了马氏体相变的发生,并有望提高马氏体相变温度;各合金XA和L10相总磁矩(μtot)主要源于Co原子的贡献,Ni原子仅贡献较小部分,且两相μtot在四组合金中随x变化关系相同,在同一组分下,它们相差不超过约0.32μB;电子结构计算分析表明,相对于XA相而言,L10-Co_(2)NiGa合金的稳定性主要源于Co和Ni原子在费米能级附近自旋向下的电子态密度分布,即归结于Jahn-Teller效应.上述结果有望为实验上Co_(2)NiGa基三元合金结构与性能的优化设计提供理论参考.

摘要：制约可控核聚变堆商业化运用的关键问题之一是面向等离子体材料(plasma facing materials,PFMs),难熔多主元合金因其高温高强度、高熔点及良好的耐辐照性有望满足PFMs的需求。本工作设计并采用电弧熔炼制备了(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)低活化多主元合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量色散X射线谱仪(EDS)研究了Cr,Zr和W的添加对铸态、匀质TiVTa系合金的微观结构及900℃下相稳定性的影响。结果表明,铸态合金均为具有体心立方(BCC)结构的简单固溶体,经1200℃匀质化处理后(TiVTa)_(95)Cr_(5)合金发生相分解,基体内出现少量C15_Laves第二相。900℃下TiVTa系合金相稳定性不佳,均分解为一个BCC主相和沿晶界分布的C15_Laves第二相,TiVTa和(TiVTa)95 W 5合金中第二相体积分数较小,Cr,Zr的添加加剧相分解。经相结构及元素分析发现,(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)合金中析出的C15_Laves相晶格常数及元素组成均与二元合金体系中可能存在的Laves相不一致,差异主要来源于Laves相的元素组成。

摘要：依据Co-Ni-Sb三元系凝聚态的热力学优化评估和气相组分的热力学数据,利用Thermo-calc软件从热力学角度分析了气相压力对该体系中二元和三元体系的相平衡和相稳定性的影响。结果表明,气相压力减小到一定程度,Co-Ni、Co-Sb、Ni-Sb和Co-Ni-Sb体系中的化合物发生分解,出现气-液-固三相平衡区;计算的三相平衡温度-压力图(T-P图)表明各化合物都存在发生分解的临界压力和临界温度,在临界压力之上或临界温度以下,凝聚相间保持与常压下基本相同的相平衡关系。通过真空条件下Ni/ηCoSb3三元扩散偶测定的Co-Ni-Sb三元系1 073K等温截面,验证了计算的相平衡关系。研究结果为制备含Ni方钴矿热电材料ηCoSb3的工艺设计提供了热力学参考。

摘要：本文介绍了当前孪晶塑性/相变塑性(TWIP/TRIP)钛合金的研究现状和设计方法,统计了TWIP/TRIP钛合金中发生{332}、{112}双孪晶钛合金β相的晶粒尺寸、屈服强度和加工硬化率。讨论了Bo-Md图在多组元钛合金设计上的应用和局限性,特别是析出不同二次相(α相与ω相)对基体β相稳定性的影响。从基体β相稳定性、析出相、β相晶粒尺寸和晶体学取向三方面归纳了亚稳态β钛合金TWIP/TRIP变形机制的影响因素,并对其中存在的一些问题和不足进行了分析,简要总结了双孪晶机制对钛合金力学性能的影响。通过综述最新的研究进展及相关问题,对未来高强韧钛合金的发展提出新见解。

摘要：开发具有优秀综合性能的核结构材料是先进反应堆研发的关键挑战之一。具有体心立方结构的难熔高熵合金以多种难熔金属为主要合金元素,在抗辐照、高温强度方面潜力较大,在核结构材料领域应用前景广阔。本文围绕难熔高熵合金的成分设计与制备、相组成和相稳定性、力学性能、抗腐蚀性能和抗辐照性能,对当前难熔高熵合金在核结构材料领域的研究进展进行了总结,并在此基础上对核用难熔高熵合金的下一步研究方向和潜在应用场景做出了展望。