体心立方固溶体合金中的团簇+连接原子结构模型

郝传璞; 王清; 马仁涛; 王英敏; 羌建兵; 董闯

doi:10.7498/aps.60.116101

摘要

为体现固溶体合金中的溶质原子产生的化学短程序,文章提出了配位数为14的团簇在体心立方(bcc)点阵中的堆垛模式,并建立了基于bcc结构的团簇+连接原子结构模型,用团簇成分式[团簇](连接原子)x表述. 此模型中,与基体组元具有相对大的负混合焓的溶质原子占据团簇心部,其他原子作为连接或者替代团簇壳层基体原子. 1 ∶1结构模型[团簇](连接原子)1由于最大程度地保证了团簇与连接原子的近邻,构成了连接原子最有效的合金化方式. 在两个实用bcc固溶体合金体系中, 1 ∶1模型指导设计了低V含量的储氢合金 V1和低弹性模量高强度的 Nb1合金.

关键词:

Abstract

In the present work we propose the cluster-plus-glue-atom model for bcc solid solutions by establishing periodic packing geometries of CN14 basic clusters in bcc lattice to reflect the idealized chemical short-range order near solute atoms. The model is expressed by cluster formula (glue)x, where the cluster center is occupied by a solute having the largest negative enthalpy, mixed with the solvent, and other solute atoms serves as glues or substitute for the solvents in cluster shell. The 1 ∶1 cluster model (glue atom)1 is specially emphasized that guarantees to a maximum extent the glue-cluster nearest neighbors and hence forms a most efficient configuration. This 1 ∶1 model is conducible to the design of a low-V hydrogen-storage V1 alloy and a Nb1 alloy with low Youngs modulus combined with high strength.

Keywords:

composition design of BCC solid solutions /
cluster-plus-glue-atom model /
Ti-Cr-V alloys /
Ti-Zr-Mo-Nb alloys

作者及机构信息

1.
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室,大连理工大学材料学院,大连 116024

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50901012,50631010)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB613902)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Materials Modification, Dalian University of Technology, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

参考文献

[1]	Leyens C, Peters M (Translated by Chen Z H) 2005 Titanium and Titanium Alloys (Beijing: Chemical Techonology Press) pp32-48 [莱茵斯C、皮特尔斯M著 (陈振华译) 2005 钛与钛合金 (北京: 化学工业出版社) 第32-48页]
[2]	Hao Y L, Li S J, Yang R 2007 U. S. Patent 20070137742
[3]
[4]	Okada M, Kuriiwa T, Tamura T, Takamura H, Kamegawa A 2002 J. Alloys Compd. 330 511
[5]
[6]	Abdel-Hady M, Hinoshita K, Morinaga M 2006 Scripta Mater. 55 477
[7]
[8]
[9]	Bania P J In : Eylon D, Boyer R R, Koss D A(eds.) 1993 Beta Titanium Alloys in the 1990s Warrendale PA: TMS p6
[10]
[11]	Wei S Q, Yin S L, Liu W H, Liu F X, Gao S, Yang Y Z, Dong Y D, Hu T D 1994 Acta Phys. Sin. 43 1630 (in Chinese) [韦世强、殷士龙、刘文汉、刘方新、高琛、杨元政、董远达、胡天斗 1994 43 1630]
[12]
[13]	Yan W S, Fan J W, Li Y Z, Cui H B, Liu W H, Zhang X Y, Wei S Q 2001 Acta Phys. Sin. 50 758 (in Chinese) [闫文胜、范江玮、李玉芝、崔宏滨、刘文汉、张新夷、韦世强 2001 50 758]
[14]
[15]	Zhang J, Wang Q, Wang Y M, Li C Y, Wen L S, Dong C 2010 J. Mater. Res. 25 328
[16]	Dong C, Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Jiang N, Han G, Li Y H, Wu J, Xia J H 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 R273
[17]
[18]
[19]	Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Xia J H, Lin Z, Zhang X F, Dong C 2006 Acta Phys. Sin. 55 378 (in Chinese) [王清、羌建兵、王英敏、夏俊海、林哲、张新房、董闯 2006 55 378]
[20]
[21]	Miracle D B, Sanders W S, Senkov O N 2003 Phil. Mag. 83 2409
[22]	Singh J, Singh P, Rattan S K, Prakash S 1994 Phys. Rev. B 49 932
[23]
[24]	Takeuchi A, Inoue A 2005 Mater. Trans. 46 2817
[25]
[26]	Ma R T, Hao C P, Wang Q, Ren M F, Wang Y M, Dong C 2010 Acta Metall. Sin. 46 1034 (in Chinese) [马仁涛、郝传璞、王清、任明法、王英敏、董闯 2010 金属学报 46 1034]
[27]
[28]
[29]	Xu L J, Chen Y Y, Liu Z G, Kong F T 2008 J. Alloys Compd. 453 320
[30]
[31]	Huang L J 2006 Ph. D Dissertation (Beijing Institute of Aeronautical Material) (in Chinese) [黄利军 2006 博士学位论文 (北京: 航空材料研究院) ]
[32]
[33]	Martins D Q, Osorio W R, Souza M E P, Caram R, Garcia A 2008 Electrochim. Acta 53 2809
[34]
[35]	Akiba E, Iba H 1998 Intermetallics 6 461
[36]
[37]	Kabutomori T, Takeda H, Wakisaka Y, Ohnishi K 1995 J. Alloys Compd. 231 528
[38]	Yan Y G 2007 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Sichuan University) (in Chinese) [严义刚 2007 博士学位论文 (成都: 四川大学) ]
[39]
[40]	Wang H B, Wang Q, Dong C, Yuan L, Xu F, Sun L X 2008 J. Phys.: Condens. Matter 20 114110
[41]
[42]
[43]	Leyens C, Peters M (translated by Chen Z H) 2005 Titanium and Titanium Alloys (Beijing: Chemical Techonology Press) pp369 [莱茵斯C、皮特尔斯M著 (陈振华译) 2005 钛与钛合金 (北京: 化学工业出版社) 第369页]
[44]	Yao Q, Xing H, Meng L J, Sun J 2008 Acta Metall. Sin. 44 19 (in Chinese) [姚强、邢辉、孟丽君、孙坚 2008 金属学报 44 19]
[45]

施引文献

[1]	Leyens C, Peters M (Translated by Chen Z H) 2005 Titanium and Titanium Alloys (Beijing: Chemical Techonology Press) pp32-48 [莱茵斯C、皮特尔斯M著 (陈振华译) 2005 钛与钛合金 (北京: 化学工业出版社) 第32-48页]
[2]	Hao Y L, Li S J, Yang R 2007 U. S. Patent 20070137742
[3]
[4]	Okada M, Kuriiwa T, Tamura T, Takamura H, Kamegawa A 2002 J. Alloys Compd. 330 511
[5]
[6]	Abdel-Hady M, Hinoshita K, Morinaga M 2006 Scripta Mater. 55 477
[7]
[8]
[9]	Bania P J In : Eylon D, Boyer R R, Koss D A(eds.) 1993 Beta Titanium Alloys in the 1990s Warrendale PA: TMS p6
[10]
[11]	Wei S Q, Yin S L, Liu W H, Liu F X, Gao S, Yang Y Z, Dong Y D, Hu T D 1994 Acta Phys. Sin. 43 1630 (in Chinese) [韦世强、殷士龙、刘文汉、刘方新、高琛、杨元政、董远达、胡天斗 1994 43 1630]
[12]
[13]	Yan W S, Fan J W, Li Y Z, Cui H B, Liu W H, Zhang X Y, Wei S Q 2001 Acta Phys. Sin. 50 758 (in Chinese) [闫文胜、范江玮、李玉芝、崔宏滨、刘文汉、张新夷、韦世强 2001 50 758]
[14]
[15]	Zhang J, Wang Q, Wang Y M, Li C Y, Wen L S, Dong C 2010 J. Mater. Res. 25 328
[16]	Dong C, Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Jiang N, Han G, Li Y H, Wu J, Xia J H 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 R273
[17]
[18]
[19]	Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Xia J H, Lin Z, Zhang X F, Dong C 2006 Acta Phys. Sin. 55 378 (in Chinese) [王清、羌建兵、王英敏、夏俊海、林哲、张新房、董闯 2006 55 378]
[20]
[21]	Miracle D B, Sanders W S, Senkov O N 2003 Phil. Mag. 83 2409
[22]	Singh J, Singh P, Rattan S K, Prakash S 1994 Phys. Rev. B 49 932
[23]
[24]	Takeuchi A, Inoue A 2005 Mater. Trans. 46 2817
[25]
[26]	Ma R T, Hao C P, Wang Q, Ren M F, Wang Y M, Dong C 2010 Acta Metall. Sin. 46 1034 (in Chinese) [马仁涛、郝传璞、王清、任明法、王英敏、董闯 2010 金属学报 46 1034]
[27]
[28]
[29]	Xu L J, Chen Y Y, Liu Z G, Kong F T 2008 J. Alloys Compd. 453 320
[30]
[31]	Huang L J 2006 Ph. D Dissertation (Beijing Institute of Aeronautical Material) (in Chinese) [黄利军 2006 博士学位论文 (北京: 航空材料研究院) ]
[32]
[33]	Martins D Q, Osorio W R, Souza M E P, Caram R, Garcia A 2008 Electrochim. Acta 53 2809
[34]
[35]	Akiba E, Iba H 1998 Intermetallics 6 461
[36]
[37]	Kabutomori T, Takeda H, Wakisaka Y, Ohnishi K 1995 J. Alloys Compd. 231 528
[38]	Yan Y G 2007 Ph. D. Dissertation (Chengdu: Sichuan University) (in Chinese) [严义刚 2007 博士学位论文 (成都: 四川大学) ]
[39]
[40]	Wang H B, Wang Q, Dong C, Yuan L, Xu F, Sun L X 2008 J. Phys.: Condens. Matter 20 114110
[41]
[42]
[43]	Leyens C, Peters M (translated by Chen Z H) 2005 Titanium and Titanium Alloys (Beijing: Chemical Techonology Press) pp369 [莱茵斯C、皮特尔斯M著 (陈振华译) 2005 钛与钛合金 (北京: 化学工业出版社) 第369页]
[44]	Yao Q, Xing H, Meng L J, Sun J 2008 Acta Metall. Sin. 44 19 (in Chinese) [姚强、邢辉、孟丽君、孙坚 2008 金属学报 44 19]
[45]

[1]	丁智松, 高巍, 魏敬鹏, 金耀华, 赵晨, 杨巍. TaC微粒对Ti-6Al-4V合金微弧氧化层结构和性能的影响. , 2022, 71(2): 028102. doi: 10.7498/aps.71.20210835
[2]	姜福仕, 王伟华, 李鸿明, 王清, 董闯. Ni-Al-Cr合金中团簇加连接原子模型的第一性原理计算. , 2022, 71(20): 207101. doi: 10.7498/aps.71.20221036
[3]	吕梦甜, 李金临, 孙九栋, 王镇华, 王清, 董闯. 低密度Co-Ni-Al-Mo-Cr-Ti/Nb/Ta系列高温合金方形γ/γ′共格组织设计及其稳定性. , 2022, 71(11): 118102. doi: 10.7498/aps.71.20212444
[4]	丁智松, 高巍, 魏敬鹏, 金耀华, 赵晨, 杨巍. TaC 微粒对 Ti-6Al-4V 合金微弧氧化层结构和性能的影响. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210835
[5]	周正存, 杜洁, 朱晓斌, 严勇健, 王幸福. 烧结β型Ti-Nb合金中由间隙原子引起的Snoek弛豫. , 2019, 68(8): 086201. doi: 10.7498/aps.68.20182120
[6]	李冬梅, 韩敬宇, 董闯. 高硬导电Cu-Ni-Si系铜合金强化相成分设计. , 2019, 68(19): 196102. doi: 10.7498/aps.68.20190593
[7]	程超, 王逊, 孙嘉兴, 曹超铭, 马云莉, 刘艳侠. Cr含量对Ti-Nb-Cr合金抗腐蚀性影响的电子结构计算. , 2018, 67(19): 197101. doi: 10.7498/aps.67.20180956
[8]	王同, 胡小刚, 吴爱民, 林国强, 于学文, 董闯. 以团簇加连接原子模型解析Cr-C共晶成分. , 2017, 66(9): 092101. doi: 10.7498/aps.66.092101
[9]	姜贝贝, 王清, 董闯. 基于固溶体短程序结构的团簇式合金成分设计方法. , 2017, 66(2): 026102. doi: 10.7498/aps.66.026102
[10]	弭光宝, 黄旭, 曹京霞, 王宝, 曹春晓. 摩擦点火Ti-V-Cr阻燃钛合金燃烧产物的组织特征. , 2016, 65(5): 056103. doi: 10.7498/aps.65.056103
[11]	洪海莲, 董闯, 王清, 张宇, 耿遥祥. 面心立方固溶体合金的团簇加连接原子几何模型及典型工业合金成分解析. , 2016, 65(3): 036101. doi: 10.7498/aps.65.036101
[12]	贾红英, 代学芳, 王立英, 刘然, 王啸天, 李朋朋, 崔玉亭, 王文洪, 吴光恒, 刘国栋. CuHg2Ti型Ti2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究. , 2014, 63(10): 107103. doi: 10.7498/aps.63.107103
[13]	杨剑, 王倪颖, 朱冬玖, 陈宣, 邓开明, 肖传云. MPb10（M=Ti，V，Cr，Cu，Pd）几何结构和磁性的密度泛函计算研究. , 2009, 58(5): 3112-3117. doi: 10.7498/aps.58.3112
[14]	王清, 羌建兵, 王英敏, 夏俊海, 林哲, 张新房, 董闯. Cu-Zr-Ti系Cu基块体非晶合金的形成和成分优化. , 2006, 55(1): 378-385. doi: 10.7498/aps.55.378
[15]	李腾, 李卫, 潘伟, 李岫梅. Fe40—45Cr30—35Co20—25Mo0—4Zr0—2合金微观结构对矫顽力的影响. , 2005, 54(9): 4389-4394. doi: 10.7498/aps.54.4389
[16]	罗鸿志, 贾琳, 李养贤, 孟凡斌, 申江, 陈难先, 吴光恒, 杨伏明. Er3(Fe, Co, M)29化合物(M=Cr, V, Ti, Mn, Ga, Nb)的结构与磁性. , 2005, 54(11): 5246-5250. doi: 10.7498/aps.54.5246
[17]	王秀英, 高明, 孙力玲, 刘日平, 张君, 王文魁. 注入Mo 在Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10非晶合金中的扩散. , 2004, 53(1): 200-203. doi: 10.7498/aps.53.200
[18]	倪军, 王世范. 面心立方结构填隙固溶体有序结构的确定. , 1993, 42(2): 290-296. doi: 10.7498/aps.42.290
[19]	熊光成, 尹道乐. C-15结构(Hf,Zr,Ta)V2和(Hf,Zr,Nb)V2合金超导转变的压力效应研究. , 1982, 31(9): 1176-1182. doi: 10.7498/aps.31.1176
[20]	顾世洧. 关于面心立方体合金中间隙原子内耗机构的探讨. , 1961, 17(11): 555-558. doi: 10.7498/aps.17.555

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