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中熵合金作为一种新型金属材料,一般是由三种或以上主元按等原子比或近等原子比形成的合金,它突破了传统合金主元单一的局限,并且由于其优异的性能,如高强度,高硬度,高耐蚀性等,引起人们的广泛关注。然而由于中熵合金种类之多,想要逐一对其进行研究,所要耗费的时间与精力都非常大,所以可以通过计算模拟的方法对合金的一些性能进行预测以减少人力劳动,而现如今对于中熵合金更多的报道是关于实验方面的,有关模拟的报道数量微乎其微,所研究的中熵合金种类也是屈指可数,通过模拟与计算来对中熵合金进行研究可以避免实验过程中的一些不稳定性因素(例如温度,氧气等),使合金在理想状态下进行反应。并且能够进行高通量计算,通过计算结果对一些未知结构的合金进行结构预测以及性能分析。
本文采用混合第一原理和蒙特卡洛模拟,并结合实验对CoCrNix(x=1~0.5)中熵合金和CoCrNiTix(x=0.1~1)中熵合金的晶体结构、力学性能等进行研究。
在CoCrNix体系合金中,合金随着Ni含量的降低由单一面心立方(FCC)相,逐渐在x=0.7~0.5时,变为FCC和密排六方(HCP)共存的结构。通过混合能的计算,发现FCC是最稳定的结构,但是HCP和FCC结构之间的混合能差异很小(在4%以内),并且随着Ni含量的减少,差异逐渐减小。因此,也许当两者之间的差异足够小时,FCC基体中可能会出现HCP结构。合金的塑性随着Ni含量的减小而降低,与实验结果吻合。通过合金的电子结构和磁矩的研究,预测Cr的反铁磁性可以抑制合金的磁矩。
CoCrNiTix中熵合金在Ti含量为0.1、0.2和0.3时为单一FCC相,随着Ti含量的增多,逐渐析出Cr富集相,并且CoCrNiTi合金为单相BCC结构。合金的塑性随着Ti含量的增多而逐渐降低,与模拟结果一致,并且CoCrNiTi0.1塑性约只有CoCrNi合金的一半。通过模拟结果还发现,向CoCrNi合金中加入Ti时,合金的各项弹性常数均有所减小,并且随着Ti含量的增多,弹性模量则均表现为单调递减,并且与实验结果吻合。通过电子结构和磁性的研究预测Ti的加入能够使合金磁矩降低。
本文采用混合第一原理和蒙特卡洛模拟,并结合实验对CoCrNix(x=1~0.5)中熵合金和CoCrNiTix(x=0.1~1)中熵合金的晶体结构、力学性能等进行研究。
在CoCrNix体系合金中,合金随着Ni含量的降低由单一面心立方(FCC)相,逐渐在x=0.7~0.5时,变为FCC和密排六方(HCP)共存的结构。通过混合能的计算,发现FCC是最稳定的结构,但是HCP和FCC结构之间的混合能差异很小(在4%以内),并且随着Ni含量的减少,差异逐渐减小。因此,也许当两者之间的差异足够小时,FCC基体中可能会出现HCP结构。合金的塑性随着Ni含量的减小而降低,与实验结果吻合。通过合金的电子结构和磁矩的研究,预测Cr的反铁磁性可以抑制合金的磁矩。
CoCrNiTix中熵合金在Ti含量为0.1、0.2和0.3时为单一FCC相,随着Ti含量的增多,逐渐析出Cr富集相,并且CoCrNiTi合金为单相BCC结构。合金的塑性随着Ti含量的增多而逐渐降低,与模拟结果一致,并且CoCrNiTi0.1塑性约只有CoCrNi合金的一半。通过模拟结果还发现,向CoCrNi合金中加入Ti时,合金的各项弹性常数均有所减小,并且随着Ti含量的增多,弹性模量则均表现为单调递减,并且与实验结果吻合。通过电子结构和磁性的研究预测Ti的加入能够使合金磁矩降低。