添加元素对Zr基大块非晶的非晶形成能力及耐腐蚀性影响机理研究

摘要

本文首先回顾了非晶合金的发展历史以及国内外研究现状，总结了非晶合金的形成能力，非晶的晶化行为和耐腐蚀性能。结合导师张辉教授的国家自然科学基金项目“Zr基大块非晶的成分设计与腐蚀机理研究”，根据计算机编程首先构建了Zr基非晶合金初始晶化相Zr2Ni原子结构模型和晶化相Zr2Cu中以Cu原子为中心的团簇模型，用模型中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中的二十面体团簇。 运用实空间的Recursion方法计算了合金元素Cu、Nb、Ta、Y、La等取代模型中心Ni及顶角Zr位置时的状态密度，中心Ni、Cu与近邻顶角zr(Nb、Ta、Y、La)等的键级积分及团簇的费米能级，讨论了合金元素Nb、Ta、Y、La等对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响机理，得出一些较有价值的结论： 1.合金元素占据中心位置时只有Cu的LDOS与Nj类似，合金元素占据顶角Zr的位置时，Nb、Ta、Y、La等与Zr的LDOS形状类似，说明Nb、Ta、Y、La等在Zr基非晶合金二十面体团簇中实际上易占据Zr的位置。 2.构造Zr基非晶初始析出相Zr2Ni、Zr2Cu中，以Ni为中心的二十面体团簇和以Cu原子为中心的团簇研究Zr基非晶的形成能力，计算了中心Ni、Cu与近邻顶角Zr(Nb、Ta、Y、La)等的键级积分。稀土元素Y取代Zr原子后使其与近临原子Ni、Cu的键级积分有所升高，说明它使非晶形成能力上升，过渡元素Nb、Ta、La等使非晶形成能力下降，其中稀土元素La对其影响不大。 3.构造Zr基非晶初始析出相Zr2Ni、Zr2Cu中，以Ni为中心的二十面体团簇和以Cu原子为中心的团簇研究zr基非晶的耐腐蚀能力，计算了团簇的费米能级。费米能级表示电子填充的最高水平，处于费米能级位置的电子容易首先失去，且费米能级越高，电子越容易失去，即材料活性大，容易被氧化，这样在具有氧化性溶液中易于钝化，形成钝化膜。Nb、Y、La取代zr可使Zr基非晶费米能级上升，增大其活性，容易钝化，提高zr基非晶的耐腐蚀性，元素Ti、V、Ta使Zr基非晶的钝化能力下降，降低其耐腐蚀性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

一、非晶合金及其研究进展

二、大块非晶合金的性能和应用

(一)优异的力学性能

(二)良好的电化学、电学、磁学性能

(三)大块非晶合金的应用

三、非晶态合金的结构模型

(一)微晶模型

(二)硬球无规密堆模型

(三)非晶合金的团簇模型

四、表征非晶合金形成能力的参数

(一)临界冷却速率Rc=(Tm-Tn)/tn

(二)过冷液相区△Tx

(三)约化玻璃转变温度Trg

(四)原子尺寸

(五)其他参数

五、非晶合金的晶化

(一)晶化理论

(二)Zr基非晶合金的晶化过程

六、本文主要研究内容和意义

(一)研究内容

(二)研究意义

第二章计算方法

一、引言

二、Recursion方法的数学基础

三、Zr基非晶合金体系中哈密顿的建立

四、体系总能量，费米能级及键级积分的计算

(一)总结构能

(二)费米能级

(三)键级积分

五、计算机程序简介

第三章Nb、Ta、稀土等元素对Zr基非晶合金的非晶形成能力影响机理电子理论研究

一、团簇的键级积分与Zr-Ni，Zr-Cu非晶合金的形成能力

二、模型构造

三、结果分析与讨论

(一)Nb、Ta、稀土元素在二十面体中的占位情况

(二)Zr基非晶合金团簇中近临原子间的键级积分与非晶形成能力

四、本章小结

第四章Nb、Ta等对Zr基大块非晶合金耐腐蚀性的电子理论研究

一、引言

二、模型构造

三、结果分析与讨论

四、本章小结

第五章结论

附录

参考文献

个人简历及硕士期间主要成果

致谢