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稀有金属材料与工程 2016年第11期45卷 2895-2901页

作者：姜迪友刘三秋南昌大学江西南昌330047 江西科技学院江西南昌330098

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了钇的含量对w-y二元合金力学性质的影响,精确计算了w_(1-x)y_x(x=0.0625,0.125,0.25,0.5)合金的力学常数,并对其力学特性进行分析。结果表明,w-y合金的弹性常数、体模量、杨氏模量以及剪切模... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了钇的含量对w-y二元合金力学性质的影响,精确计算了w_(1-x)y_x(x=0.0625,0.125,0.25,0.5)合金的力学常数,并对其力学特性进行分析。结果表明,w-y合金的弹性常数、体模量、杨氏模量以及剪切模量随y含量(原子分数)的增加而成非单调性减小,表明y对w材料的合金化降低了材料的机械强度。然而,基于力学特性B/G、泊松比ν和柯西压力C'等分析,y的合金化对w的延展性和韧性有明显的提高。当y含量x为0.25时,可有效改善w-y合金的延展性和抗变形能力。通过态密度分析,w-y合金的金属性随y含量的增加先减弱而后增强。

关键词：第一壁材料 w-y合金力学性质第一性原理密度泛函理论

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高硬度和高热稳定纳米晶钨合金的制备及性能研究

高硬度和高热稳定纳米晶钨合金的制备及性能研究

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作者：林亚朋燕山大学

学位级别：硕士

晶粒尺寸细化到小于100 nm时,钨合金的力学性能和抗辐照性能会显著提升,在未来核聚变等领域具有广泛的应用。但是纳米晶钨合金在高温服役环境下,面临晶粒尺寸易于长大,导致纳米晶钨合金性能退化的技术瓶颈。本课题旨在通过微量元素的掺... 详细信息

晶粒尺寸细化到小于100 nm时,钨合金的力学性能和抗辐照性能会显著提升,在未来核聚变等领域具有广泛的应用。但是纳米晶钨合金在高温服役环境下,面临晶粒尺寸易于长大,导致纳米晶钨合金性能退化的技术瓶颈。本课题旨在通过微量元素的掺杂,进一步细化钨合金晶粒尺寸,提高钨合金的热稳定性,制备出在室温以及高温环境下结构稳定且具有优异力学性能的纳米晶钨合金。通过研究多种元素对于钨合金晶界能的影响,发现y元素能显著降低纳米晶钨合金的晶界能,采用高能球磨的方法制备了不同y原子比(0 at.%、2 at.%、3 at.%、4 at.%、5 at.%)的wy合金粉末,粉末的晶粒尺寸在11 nm左右,并且具有单相BCC结构。对球磨后的合金粉末在4 GPa、900℃～1100℃的高温高压条件下进行烧结,发现在4 GPa、1000℃烧结后的w-3 at.%y合金,致密度以及硬度均达到最好,w-3 at.%y(NC-wy)合金的晶粒尺寸为16±4 nm,硬度为22 GPa,析出相为yO,平均颗粒尺寸为2.9±1 nm,数量密度为1.19×10 m,体积分数为1.52%。相同制备条件下的纯钨纳米晶(NC-w)的晶粒尺寸为25±6 nm,硬度为20 GPa,没有析出相。NC-wy合金在加入微量y元素后,热力学上y元素偏析,降低了晶界能,动力学上y元素的掺杂导致出现纳米级yO析出相,阻碍了晶界的迁移,两方面的共同作用,降低了烧结后钨合金的晶粒尺寸,提高了钨合金的硬度、强度。经过不同温度退火1 h后,NC-w最高稳定温度为900℃,NC-wy合金的稳定温度可以达到1300℃,经1300℃退火1 h后,NC-wy合金晶粒尺寸为23±6 nm,析出相颗粒尺寸为5±2 nm;NC-wy合金在1300℃退火50 h后,晶粒尺寸为37±12 nm。在热力学和动力学双重稳定的作用下,NC-wy合金呈现超强的热稳定性,在高温和应力下,依然保持着纳米晶结构。此外,NC-wy合金在900℃下仍然具有1116 MPa的强度。本课题通过热力学方面降低晶界能,动力学方面析出相钉扎晶界,抑制了晶粒长大,制备出具有超高硬度和高热稳定性的NC-wy合金。提高了纳米晶钨合金的应用温度,为未来纳米晶钨合金的应用奠定了理论与实验基础。

关键词：纳米晶 w-y合金热稳定性力学性能晶界偏析

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