固溶体中的化学结构单元与合金成分设计

• 作者: 王清 董丹丹 董闯
• 来源期刊: 金属学报
• 学科: 物理学
• 关键词: 化学结构单元 团簇加连接原子模型 固溶体 近程有序 铜基二元工业合金
• 年，卷（期）: 2018,（2）
• 页码范围: 293-300
• 页数: 8页
• 分类号: O469
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00462

摘要

工业合金具有特定的牌号成分,理解这些特殊成分背后的结构根源可以从原子结构层面上指导新合金的研发,有效缩短工业合金的制备流程.工业合金多以固溶体结构为基础,而固溶体以化学近程有序为结构特征,长期以来,人们只能以统计方式获得溶质元素偏离平均结构的程度,由于缺失描述近程序的精确结构分析方法,导致无法构建能够指导合金成分设计的有效结构模型.既然优质合金均具有特殊成分,这些成分背后一定对应于类似于分子的特定结构单元.本课题组提出了一种全新的近程有序描述方式——团簇加连接原子.该模型认为,对于固溶体合金,存在理想满足原子间相互作用的化学结构单元,仅涵盖第一近邻团簇以及若干次近邻的连接原子,可表示为团簇成分式的形式:[团簇](连接原子).这种团簇式类似于化学物质的分子式,是代表合金平均结构的最小结构单元.通过将Friedel振荡机制引入到团簇加连接原子模型中,建立了固溶体的团簇共振模型,给出了团簇的球周期近邻堆垛方式,从而解决了原子密度的关键问题.结果表明,团簇成分式中所包含的原子个数正比于体系的平均原子密度和团簇半径的立方,由此可以定量地计算出理想化学结构单元的具体形式.本文列举了根据公式计算得到的典型铜基二元合金最佳化学结构单元,计算所得成分与最常用工业合金高度吻合.本工作为成分设计提供了一种新的实用方法.