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通过价电子结构对比分析Ti、Zr、Sc对纯Al的细化机理

2020-12-17阅读(575)

通过价电子结构对比分析Ti、Zr、Sc对纯Al的细化机理

论文摘要

本文应用固体与分子经验电子理论（The Empirical Electron Theory In Solid and Molecule,简称为EET理论）研究了Ti、Zr、Sc对纯Al晶粒细化的机理。通过键距差方法（Bond Length Difference,简称为BLD方法）分别计算了纯Al、纯Ti、纯Zr、纯Sc、AITi、AlZr、AISc、Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc的价电子结构和键能,经过计算发现往纯Al中加入微量的Ti、Zr或Sc能形成以Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc相为主的细化相。纯Al、Ti和Al3Ti的单位晶胞内共价电子总数分别为2.53、2.55196、1.0024, nAl3Ti)3nAl+/nTi（Al3Zr和Al3Sc同样满足此不等式）,所以在形成Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc相时,Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc作为异质核要吸收周围Al原子的价电子,此时异质核显负电性,周围的Al因失去价电子而显正电性。纯Al与Al3Ti、Al3Zr、Al3Sc相都是面心结构,有很好的共格关系,所以纯Al能在异质核上生长,从而达到细化效果。在微量元素比较少的情况下,Ti的细化效果比Zr的好一些。Al3Ti分子中的最强键Al-Ti上的共价电子对数是0.399, Al3Zr分子中最强键Al-Zr键上的共价电子对数是0.30611,nAl-Ti〉nAl-Zr,所以Ti比Zr与周围的Al结合的更紧密一止匕Al3Ti分子与Al分子（111）面的电子面密度差为127.13%,Al3Zr分子与Al分子（111）面的电子面密度差是11.04%,ΔρAl3Ti（111）＞ΔρAl3Zr（111）。电子面密度差越大越能阻止晶粒的长大,越能起到更好的细化效果,所以Ti对纯Al的细化效果比Zr对纯Al的细化效果好一些。Al3Sc分子与Al分子（100）面的电子面密度差为114.58778%,Al3Ti分子与Al分子（100）面的电子面密度差是49.5732%,ΔρAl3Sc（100）＞ΔρAl3Ti（100）,所以Sc对纯Al的细化效果比Ti对纯Al的细化效果更好一些。Sc的原子半径0.164nm比Al的原子半径0.143nm大,对晶体中的位错运动能起到很好的钉扎作用,从而影响晶体的长大。可以得出Sc是比Ti、Zr更好一些的细化剂。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 引言
  • 1.1 选题背景
  • 1.2 细化剂研究现状
  • 1.2.1 细化剂的发展历史
  • 1.2.2 细化机理的发展历史
  • 1.3 EET理论简介
  • 1.3.1 EET理论的基本思想
  • 1.3.2 EET中基本假定
  • 1.3.3 BLD方法简介
  • 1.3.4 程氏理论与EET理论的关系
  • 1.4 本文的研究目的和意义
  • 1.5 本文的主要研究内容
  • 2 Al-Ti系价电子结构与键能的计算
  • 2.1 前言
  • 2.2 Al的杂化表
  • 2.3 Ti的杂化表
  • 2.4 纯Al的价电子结构与键能的计算
  • 2.4.1 实验键距的计算
  • 2.4.2 等同键数的计算
  • 2.4.3 实验键距方程
  • a方程'>2.4.4 ra方程
  • A方程'>2.4.5 建立nA方程
  • 2.4.6 理论键距的求解
  • 2.4.7 判断计算结果
  • 2.4.8 键能的计算
  • 2.5 纯Ti的价电子结构与键能的计算
  • 2.5.1 纯Ti的晶体结构、键距与等同键数
  • 2.5.2 纯Ti的价电子结构
  • 2.5.3 键能的计算
  • 2.6 AlTi价电子结构与键能的计算
  • 2.6.1 AlTi的晶格常数、空间结构、实验键距与等价键数
  • 2.6.2 AlTi价电子结构的计算
  • 2.6.3 键能的计算
  • 3Ti价电子结构、键能的计算'>2.7 Al3Ti价电子结构、键能的计算
  • 3Ti的空间结构、实验键距与等价键数的计算'>2.7. Al3Ti的空间结构、实验键距与等价键数的计算
  • 3Ti价电子结构的计算'>2.7.2 Al3Ti价电子结构的计算
  • 2.7.3 键能的计算
  • 2.8 结果与讨论
  • 2.9 本章小结
  • 3 Al-Zr系价电子结构、键能和电子面密度差的计算
  • 3.1 前言
  • 3.2 Zr的杂化表
  • 3.3 纯Zr的价电子结构计算
  • 3.3.1 实验键距的计算
  • 3.3.2 等同键数的计算
  • 3.3.3 实验键距方程
  • 3.3.4 ra方程
  • 3.3.5 建立nA方程
  • 3.3.6 理论键距的求解
  • 3.3.7 判断计算结果
  • 3.3.8 键能的计算
  • 3.4 AlZr价电子结构与键能的计算
  • 3.4.1 AlZr的晶格常数、空间结构和等价键数的计算
  • 3.4.2 AIZr的价电子结构
  • 3.4.3 键能的计算
  • 3Zr价电子结构、键能与电子面密度差的计算'>3.5 Al3Zr价电子结构、键能与电子面密度差的计算
  • 3Zr实验键距与等同键数的计算'>3.5.1 Al3Zr实验键距与等同键数的计算
  • 3Zr价电子结构的计算'>3.5.2 Al3Zr价电子结构的计算
  • 3.5.3 键能的计算
  • 3.6 电子面密度差的计算
  • 3.6.1 纯Al电子面密度的计算
  • 3Ti电子面密度差的计算'>3.6.2. Al3Ti电子面密度差的计算
  • 3Zr电子面密度差的计算'>3.6.3 Al3Zr电子面密度差的计算
  • 3.7 结果与讨论
  • 3.8 小结
  • 4 Al-Sc系价电子结构、键能与电子面密度差的计算
  • 4.1 前言
  • 4.2 Sc的杂化表
  • 4.3 纯Sc的价电子结构的计算
  • 4.3.1 实验键距的计算
  • 4.3.2 等同键数的计算
  • 4.3.3 实验键距方程
  • a方程'>4.3.4 ra方程
  • A方程'>4.3.5 建立nA方程
  • 4.3.6 理论键距的求解
  • 4.3.7 判断计算结果
  • 4.3.8 键能的计算
  • 4.4 AlSc价电子结构与键能的计算
  • 4.4.1 AlSc空间结构、实验键距与等同键数的计算
  • 4.4.2 AlSc价电子结构的计算
  • 4.4.3 键能的计算
  • 3Sc价电子结构、键能与电子面密度差的计算'>4.5 Al3Sc价电子结构、键能与电子面密度差的计算
  • 3Sc实验键距与等同键数的计算'>4.5.1 Al3Sc实验键距与等同键数的计算
  • 3Sc价电子结构的计算'>4.5.2 Al3Sc价电子结构的计算
  • 4.5.3 键能的计算
  • 4.6 电子面密度差的计算
  • 4.6.1 纯Al电子面密度的计算
  • 3Ti电子面密度差的计算'>4.6.2 Al3Ti电子面密度差的计算
  • 3Sc电子面密度差的计算'>4.6.3 Al3Sc电子面密度差的计算
  • 4.7 结果与讨论
  • 4.8 本章小结
  • 5 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历及攻读硕士期间发表论文

    • 相关论文文献

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