低弹性模量钛合金相稳定性与弹性性质第一性原理研究材料科学与工程专业论文.docxVIP

摘要摘要 摘要 摘要 钛合金因其具有优良的综合的力学性能，生物相容性和形状记忆性能而被广 泛地应用于航空工业和医用种植领域。近年来，设计和开发具有高强度与低弹性 模量的∥型钛合金成为了钛合金研究的重点之一。本文主要采用了第一性原理方 法，研究了加入Mo、Nb和Ta元素的钛合金∥相，口。相和国相的结构性质、相 稳定性、弹性性质以及晶格振动性质。 结合能计算结果显示，随着合金元素Mo、Nb和Ta含量的增加，∥相稳定性 逐渐增强。且相同合金成分时，Ti-Mo结合能绝对值最大，说明原子闯成键最强， 结构最稳定。而Ti．Ta结合能绝对值最小，原子间成键最弱，稳定性强弱由大到 小顺序为：MoNbTa。 声子计算结果表明，口型Ti-Mo合金在Mo含量为50at．％时就已经能稳定存在， Ti．Nb合金在№含量为75at．％时能稳定存在，而Ti．Ta合金在Ta元素含量为75at．％ 时仍不能稳定存在。对口’相和功相在合金元素为25at．％的研究结果显示， Ti．25at．％Nb合金口’相和缈相皆为稳定结构，且此时∥相结合能绝对值小于口。相 和缈相，说明此时∥亚稳相有向口’相和缈相转变的趋势。 二元Ti-Nb、Ti．Mo和Ti．Ta合金态密度计算结果表明，∥、口’和国相的总 态密度都是主要由各原子d电子轨道贡献，且随合金元素含量的增多，多相d电 子轨道成键逐渐增多，合金越来越稳定。 弹性性质计算表明，二元∥相钛合金中，随着Nb、Mo和Ta合金元素含量增 加，C11．C12逐渐增大，因此合金的稳定性也在逐渐增加。杨氏模量在合金元素含 量为25at．％附近时达到最小值，因此在进行多元合金成分设计时，可为基体合金 成份的设计作参考。通过计算C1l、C12和C44与价电子浓度e／a的关系发现，对于 Ti-Nb、Ti．Mo和Ti．Ta合金，当e／a分别大于4．10、4．16和4．11时，合金∥相才可能 出现并且满足弹性稳定。 三元Til5at．％Nb．xSn钛合金计算结果显示，随Sn元素的增加，合金晶格参 数呈线性增加趋势，且合金∥相稳定性逐渐增高。 关键词：钛合金；第一性原理；弹性性质；相稳定性 万方数据 AbstraetAbstract Abstraet Abstract Ti alloys have been widely applied to the aviation industry and medicinal plant field due to their excellent mechanical properties，biocompatibility and shape memory properties．Therefore，developing new 13-type Ti alloys with蛐出strength and low elastic modulus has been one of the most important aspect in research．In this thsis， the structures properties，pahse stability，elastic properties and crystal lattice vibration properties of B，a”and CO phase in Ti玲m，Ti—Mo and Ti．Ta binary alloys were investigated by the calculation from first-principles． Firstly，the calculation of cohesive energy showed that with the increase of alloying elements Mo，Nb and Ta contents，the phase stability increased。The stability in descending order is：MoNbTa。 Besides，the phonon calculation showed that Ti-Mo alloys were stable in Mo content at 50 at．％，for Ti心m alloys that Was in 75 at．％，but it Was unstable for Ti．Ta even in 75 at．％．However Was stable for a” and ∞ phase in Ti25at binary alloys． Density of states(DOS)calculation for Ti心m，Ti．Mo and Ti．Ta binary alloys show