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稀有金属材料与工程 2010年第9期39卷 1509-1512页

作者：王小丽赵永庆曾卫东侯洪亮王耀奇西北工业大学陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016 北京航空制造工程研究所北京100024

研究Ti600,TC21和Ti40合金的吸放氢行为。结果表明,Ti600,TC21和Ti40合金的吸氢与放氢的初始温度分别为573和578.5°C,580和628.1°C,515和540°C。Ti600和TC21合金的吸放氢行为相似,而Ti40合金的吸放氢能力优于其他两种合金。

关键词：合金吸放氢氢行为初始温度 results initial better 相似吸氢能力结果

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TiCrTaV多组元合金氢行为和力学性质的第一性原理研究

TiCrTaV多组元合金氢行为和力学性质的第一性原理研究

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作者：茹金豆贵州大学

学位级别：硕士

TiCrTaV难熔多组元合金由低活化元素组成,具有较低的热中子吸收截面和优异的抗辐照性能,有望成为聚变堆结构材料。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,从原子层面研究TiCrTaV多组元合金中两种BCC结构相(BCC1TiCrTaV和BCC2 TiCr... 详细信息

TiCrTaV难熔多组元合金由低活化元素组成,具有较低的热中子吸收截面和优异的抗辐照性能,有望成为聚变堆结构材料。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,从原子层面研究TiCrTaV多组元合金中两种BCC结构相(BCC1TiCrTaV和BCC2 TiCrTaV)的电子结构、力学性质和氢行为。(1)两种BCC结构均可以稳定存在,BCC1结构表现出更好的延展性,BCC2结构具有更强的抗变形能力,两种结构中同时存在共价键和金属键,BCC2结构的键合作用更强,热稳定性更好,Ta原子参与形成的化学键共价键特性更明显。研究发现VCA和SQS均可以很好的预测合金的晶格常数、力学性质,SQS方法可以深入研究不同原子间的电荷转移和成键特性,VCA方法不能深入研究电子结构和原子成键特性。(2)从能量角度和局域晶格畸变角度都无法确定氢原子在两种BCC结构中的优先占位。通过对不同间隙位氢原子的溶解热和局域晶格畸变求平均值发现,四面体间隙位(TI)略微优于八面体间隙位(OI)。与传统金属β-Ti、Ta、V、V-Ti、W相比,氢原子在TiCrTaV合金两种BCC结构TI的平均溶解热较高,表明TiCrTaV合金的两种BCC具有一定的抵抗氢原子溶解的能力。当OI不含Ti原子时,H原子的溶解热较大;当OI间隙Ti原子含量≥0.5时,H原子的溶解热E≤-0.3 e V;当TI间隙Ta原子含量为0.5时,氢原子的溶解热E>-0.2e V;当TI间隙Ti原子含量为0.75时,氢原子的溶解热E氢原子分别沿着和两个方向的OI-OI和TI-TI扩散路径都很难长程扩散,表明TICr Ta V合金的两种BCC结构中氢原子很难聚集形成氢泡。(3)氢原子的渗入导致两种BCC结构的抗变形能力增强,韧性降低,共价键的键合强度增强。氢位于四面体间隙位更有利于增强键合强度。氢原子形成的化学键具有共价键特性和金属键特性。

关键词：多组元合金第一性原理电子结构力学性质氢行为

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B2-FeAl金属间化合物中氢行为的第一性原理研究

B2-FeAl金属间化合物中氢行为的第一性原理研究

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作者：黄广棋中国工程物理研究院

学位级别：硕士

Fe-Al金属间化合物具有高比强度、高熔点和高温抗蠕变性能以及抗氧硫腐蚀等优良特性,且成本低廉,被视为理想的轻质中高温结构材料和不锈钢替代材料,在航空航天、汽车工业、能量转换系统、过滤材料等领域具有很高的潜在应用价值。但是,Fe... 详细信息

Fe-Al金属间化合物具有高比强度、高熔点和高温抗蠕变性能以及抗氧硫腐蚀等优良特性,且成本低廉,被视为理想的轻质中高温结构材料和不锈钢替代材料,在航空航天、汽车工业、能量转换系统、过滤材料等领域具有很高的潜在应用价值。但是,Fe-Al系金属间化合物与其它金属间化合物类似,具有敏感的室温氢脆效应,从而极大地限制了 Fe-Al金属间化合物的大规模工业应用。其中,B2相FeAl金属间化合物(简写为B2-FeAl)是最具代表性的金属间化合物,具有高对称的体心立方(bcc)晶体结构,可在较宽温度和A1含量范围内稳定存在,是最适合深入探究Fe-Al金属间化合物室温氢脆机制和抑制氢脆的研究对象。尽管围绕Fe-Al金属间化合物中氢行为已有较多的实验与理论研究,但氢脆机制仍未达成共识,特别是在表面氢侵入、氢扩散以及氢与体相缺陷相互作用机制还存在较大分歧。为此,本论文以B2-FeAl为研究对象,基于密度泛函理论,对B2-FeAl表面和体相的氢行为开展第一原理计算研究,旨在从理论上“由表及里”地描述B2-FeAl的室温氢脆效应,进而深化B2-FeAl氢脆机制的科学认识。对B2-FeAl表面部分的计算发现,FeAl(100)Al-surf晶面应为FeAl五种低密勒指数晶面中最稳定的一种,其次是(110)和(111)Al-surf晶面,水分子在FeAl(110)面上吸附时,Fe顶位为最稳定的吸附位置,其次是A1顶位。通过对比水分子在FeAl(110)晶面和Al(111)晶面上的解离反应,首次发现了在“水汽与铁铝表面的铝生成的解离氢”这一被广泛认可的室温氢脆氢源机制中存在铁催化效应。计算还证明,FeAl(110)-Al顶位吸附的水分子解离反应在室温下即可快速发生,表面嵌入了 1个Fe原子的FeAl(100)A1-surf晶面上嵌入Fe原子附近A1顶位的水分子吸附比FeAl(110)-Al顶位更稳定,构造的(100)表面上的水分子解离也比Fe(110)-Al顶位水分子解离更加容易,FeAl(100)Al-surf晶面上的解离H比FeAl(110)晶面上的解离H更容易侵入体相。在B2-FeAl体相部分的计算中,四面体间隙位置和2Fe4Al-八面体间隙位置(O1)的H占位比在2A14Fe-八面体间隙位置(O2)中稳定得多。Fe空位比Al空位更容易形成,Fe空位至多自发俘获6个H原子,而A1空位可自发俘获超过8个H原子,两种空位中H都更倾向于与Fe原子结合。通过bader电荷分析,发现Fe、H原子的相互作用会剥夺A1原子的电荷,进而使得Fe、A1原子间的共价键以及Al原子互相间的金属键被严重削弱。随着H原子数的增加,这种晶格内的解理作用会越来越强,最终对整个晶格造成强烈的减聚作用。最后,探究铁铝内部空位-氢复合体系的团簇化现象,发现Fe空位更容易沿方向复合成双Fe空位,而当空位已经预先俘获6个H后,VFeH6这样的复合体系更倾向于沿着方向复合成VFeH12团簇。

关键词： B2相铁铝金属间化合物氢行为第一性原理研究

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钨掺杂α-Al2O3阻氚材料中氢行为的第一性原理研究

钨掺杂α-Al2O3阻氚材料中氢行为的第一性原理研究

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作者：龙倩西南交通大学

学位级别：硕士

在未来的聚变反应堆中,真空室和燃料循环系统之间的氚处理量将达到每小时几公斤,超出世界上任何现有氚设施的氚处理量。处理如此大量氚的技术挑战之一是如何对容器和管道内的氚进行有效地限制。聚变反应的燃料氚,其原子小所以易迁移,这... 详细信息

在未来的聚变反应堆中,真空室和燃料循环系统之间的氚处理量将达到每小时几公斤,超出世界上任何现有氚设施的氚处理量。处理如此大量氚的技术挑战之一是如何对容器和管道内的氚进行有效地限制。聚变反应的燃料氚,其原子小所以易迁移,这就会导致三个主要的问题:材料脆化、燃料泄露以及对环境造成放射性污染。因此防止氚渗透,是聚变堆的重要研究课题。除了在氚包容结构设计方面想办法,目前还能够采取的有效措施是在聚变堆中的涉氚部件上涂覆具有相应厚度的特殊材料,来降低氚渗透,α-AlO因其较高的阻氚因子和较好的综合性能成为目前最主流的阻氚涂层之一。聚变堆装置中,面向等离子体材料与等离子体直接接触的容器壁,包括第一壁和偏滤器,目前发现最适合作为这部分的材料类型是金属钨(W),因为钨(W)材料有抗高温、与H几乎不反应、较低的溅射率、H滞留率低的特点,ITER已经确立了一条全W的设计路线。从面向等离子体材料以及包层结构材料的发展趋势来看,最终钨可能将获得广泛应用,所以涉及钨的阻氚涂层问题的研究很有必要性,但目前我们还没有发现有关钨表面涂覆阻氚涂层以及钨掺杂对阻氚材料性能影响的研究。基于密度泛函理论的第一性原理研究,可以从原子层面理解钨掺杂的α-AlO阻氚材料中氢的行为和相关机理,对解决阻氚微观机理不明确的问题和进一步设计有更强阻氚效果的阻氚涂层有重大意义。主要研究内容如下:(1)确定钨掺杂α-AlO(0001)表面的稳定构型,获得钨(W)在α-AlO(0001)表面最稳定的掺杂位置,以及确定钨掺杂到α-AlO内部的稳定构型。(2)研究在钨掺杂α-AlO(0001)表面上,氢的吸附、解离行为。分别研究氢分子和氢原子在有钨掺杂α-AlO(0001)表面吸附行为,确定氢分子和氢原子在钨掺杂α-AlO(0001)表面稳定吸附位和次稳定吸附位。对比纯α-AlO(0001)表面的氢吸附行为,确定钨掺杂对α-AlO(0001)表面上氢吸附和解离的影响效应。(3)采用过渡态搜索的方法,研究钨掺杂的α-AlO(0001)表面和纯α-AlO(0001)表面氢的迁移过程,通过对比两个体系的迁移路径和势垒,分析钨掺杂对氢在表面扩散和从表面到次表面扩散的影响。(4)将钨掺杂α-AlO体相和纯α-AlO体相中氢的存在形式及扩散行为进行对比分析,确定钨杂质的存在对α-AlO体相中氢的存在形式以及氢与本征点缺陷相互作用的影响。本课题主要的研究方法是基于密度泛函理论的第一性原理计算以及过渡态搜索,通过对钨掺杂的α-AlO阻氚涂层中氢同位素的吸附,解离,扩散,渗透行为的理论研究,确定钨掺杂对氢同位素在涂层材料中的扩散途径以及扩散的难易程度的影响效应,由此预测钨掺杂α-AlO阻氚涂层材料的阻氚效果,为提高α-AlO涂层材料阻氚性能做理论探索。

关键词：阻氚涂层 W-dopedα-Al2O3 氢行为第一性原理

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等离子渗氮对镀铬层中氢行为的影响

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材料保护 2002年第11期35卷 65-65页

作者：范宏义

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A102焊条焊缝金属中氢的行为研究

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焊接技术 2010年第12期39卷 50-53页

作者：韦转龙昌茂叶克力邓火生蒋成刚十一冶建设有限责任公司广西柳州545007 广西机电职业技术学院广西南宁530007 桂林桂冠焊接材料有限公司广西桂林541002

在分析和总结A102焊条已有研究成果的基础上,就氢在A102焊条焊缝金属中存在形式、焊缝金属中氢含量与药皮含水量的关系,以及焊缝金属中氢含量对气孔敏感性的影响等进行了试验研究,并获得了某些有价值的结论,从而对钛酸型A102焊条有了更... 详细信息

在分析和总结A102焊条已有研究成果的基础上,就氢在A102焊条焊缝金属中存在形式、焊缝金属中氢含量与药皮含水量的关系,以及焊缝金属中氢含量对气孔敏感性的影响等进行了试验研究,并获得了某些有价值的结论,从而对钛酸型A102焊条有了更全面的认识。

关键词： A102焊条焊缝金属氢行为研究

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Hydrogen behavior in titanium aluminide alloys

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中国有色金属学会会刊：英文版 2006年第A02期16卷 314-318页

作者：潘保武褚武扬 Key Laboratory on Instrumentation Science and Dynamic Measurement Ministry of Education North University of China Taiyuan 030051 China Department of Material Physics University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China

This is a synthetical report about hydrogen behavior in titanium aluminide alloys in our group. There are two kinds of hydrogen solubility in titanium alummides, one is the overall solubility at high temperature in the matrix without hydride and the other is the terminal solubility at low temperature in the matrix in equilibrium with the hydride. The former decreases but the later increases with increasing temperature. Hydrogen as a temporary beta stabilizer clearly decreases the size of the a2 phase, and increases greatly the amount of beta phase, and then increases evidently the mechanical properties of Ti3Al+Nb. The cathodic corrosion of TiAl during charging is due to hydride on the surface. The decrease of the strength, the strain to fracture and fracture toughness for hydrogenated samples is due to hydride. The enrichment of atomic hydrogen at the crack tip during charging under sustained load can enhance localized plastic deformation and cause hydrogen-induced delayed cracking.

关键词：铝化钛合金氢化物裂纹延迟开裂氢行为

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