【摘 要】
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作为新一代的航空航天结构材料,γ-TiAl基合金具有比强度高、密度低、耐腐蚀和高温抗氧化性好等优良特性。室温下塑性较差是制约该类合金的工业应用的重要因素。研究表明,改善γ-TiAl基合金室温塑性的有效方法之一是微合金化。本文以密度泛函理论为基础,选取Ce和V(或Cr,Zr)替位双掺杂γ-TiAl基合金为研究对象,计算研究了多个合金体系的几何参量、能量性质及力学性质等。以此为基础计算研究了各个体系的
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作为新一代的航空航天结构材料,γ-TiAl基合金具有比强度高、密度低、耐腐蚀和高温抗氧化性好等优良特性。室温下塑性较差是制约该类合金的工业应用的重要因素。研究表明,改善γ-TiAl基合金室温塑性的有效方法之一是微合金化。本文以密度泛函理论为基础,选取Ce和V（或Cr,Zr）替位双掺杂γ-TiAl基合金为研究对象,计算研究了多个合金体系的几何参量、能量性质及力学性质等。以此为基础计算研究了各个体系的泊松比、维氏硬度和赝能隙,分析讨论了金属元素双掺杂对γ-TiAl体系结构和塑性的影响。本文的结论如下:Ce和V（或Cr,Zr）双掺杂改变了γ-TiAl基合金的晶格参量和空间群。合金的晶胞体积和密度有所增加,但相比于镍基合金仍有较大的密度优势。该合金的原子平均形成能均为负值,表明在能量上是稳定的;大部分合金体系均满足力学稳定性判据,说明其具备力学稳定性,预报它们不但能实验制备而且可以稳定存在。通过弹性模量比、化学键和电荷密度的对比可知,体系S31（Ti8Al6CeV）、S43（Ti6CeVAl8）、H35（Ti8Al6CeCr）和H42（Ti6CeCrAl8）的塑性得到显著改善,维氏硬度有所降低。通过对上述典型体系电子性质的分析指出,各个双掺杂体系中Al-3p与Ti-3d轨道杂化的共价作用弱化、反键的生成以及化学键各向同性程度升高是其塑性改善的内因。
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