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PtRh合金系晶格反演势的构建及应用

作　者: 夏璐
导　师: 陆建生
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: PtRh合金晶格反演势函数界面刃型位错
分类号: TG146.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

Zr02弥散强化PtRh材料由于具有优良的耐氧化性、高温强度、高温抗蠕变性能以及易切削加工性能成为目前玻纤工业等高温领域应用最广泛的复合材料。论文首先针对应用较多的PtRh合金系中Rh含量为1,3,5,6,7,10,13,20,30,40,50,60,70,90的合金以及铂、铑纯金属材料,采用第一性原理密度泛函理论和虚拟晶格方法计算得到上述16种材料的最近邻原子距离——单个原子内聚能曲线,而后基于陈氏晶格反演方法构建得到这16种材料的反演对势,并验证了所获得势函数的准确性,从而成功获得了16种材料的势函数。运用构建的势函数,分别以这16种材料为基体,进行了Zr02颗粒与基体界面原子作用的分子动力学模拟研究。研究内容包括不同氧化物含量、不同O、Zr原子位置排布、不同温度以及当基体存在不同数目空位时对两者界面作用的影响。模拟结果显示Zr02含量越高,界面上原子间的相互作用越强,彼此间的约束越强,从而导致O、Zr原子在界面上的扩散减弱,进入基体的深度变浅。扩散不充分将影响内氧化过程,材料的强化效果也会受到影响。由此说明在ZrO2弥散强化PtRh材料的实际生产工艺中不应一味增加氧化物弥散剂的含量。从不同O、Zr原子位置排布的模拟实验上可以看出,Zr原子会对O原子的扩散造成阻碍,当界面上的O原子被周围的Zr原子包裹时,其很难越过Zr原子的包围进入基体,从而在实际生产中表现出PtRh基体内氧化不充分,也会影响到强化效果。而一定范围内较高的温度则有利于O、Zr原子的扩散,同时为系统带来更高的能量,使得原子间相互作用更强,结合的更紧密,有利于增强材料强度。空位的存在则不利于O、Zr原子的扩散,因此在材料的制备过程中应尽量减少此类缺陷。最后又构建了PtRh合金基体(111)面与单斜结构Zr02(100)面的结合界面模型,并在PtRh基体(111)面上构建一刃型位错,进行界面的分子动力学模拟,观察氧化物颗粒与基体位错之间的交互作用,初步探究O、Zr原子与刃型位错作用的微观机制。模拟结果显示Zr原子在基体密排面上无法进行自扩散,而刃型位错的存在与否对O原子的扩散能力并无影响,但会造成0原子在特定方位上的扩散要易于其它方向上的扩散。最后在对16种基体材料的所有条件下的模拟过程中均发现PtRhl基体中基体原子出现团簇现象,并随升温的进行,团聚在一起的原子又呈现出离解的趋势。该现象说明以PtRhl为基体的Zr02弥散强化铂材料在高温下,两相界面附近的基体原子之间作用要远大于基体与氧化物原子间作用,该现象是首次被观察到,对造成该现象的具体原因还需进一步研究才能做出解释。

PtRh合金系晶格反演势的构建及应用

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