磷对镍合金中空位介导过程影响的从头算研究——以 Ni2Cr 有序化为视角
材料科学
2019-04-23 v1
摘要
镍-铬合金中长程有序的发展具有重大技术意义，但其转变的动力学与机制尚不清楚。本研究采用计算与实验相结合的方法，阐明磷加速 Ni-Cr 合金中化学计量比 Ni_2Cr 有序化速率的机制。制备了一系列 Ni-33%Cr-x%P 样品（原子百分数），磷浓度 x = <0.005-0.1 at.%，并在 373 至 470{\deg}C 之间时效长达 3000 h。第一性原理建模以含稀溶质 P 的 fcc Ni 作为复杂 Ni-Cr-P 合金体系的合理近似。计算结果表明，通过与磷原子关联的空位连续交换与旋转跳跃的空位-溶质对扩散，显著增强了空位输运。这两条迁移路径的能垒比纯 Ni 溶剂中的空位-原子交换至少低 0.35 eV。解析扩散模型预测，在 400-500{\deg}C 下，0.1 at.% P 使溶剂扩散增强两个数量级。模型预测与显微硬度的演化吻合良好。我们通过动力学有序化模型表征显微硬度结果，显示出有序化转变激活能的显著降低。这些结果有助于评估工业合金发生长程有序的风险，后者提高强度但损害塑性与韧性。具体而言，与过剩空位结合并降低空位迁移势垒的微量合金添加，可通过 Ni_2Cr 析出极大加速硬化。
引用
@article{arxiv.1904.09684,
title = {Ab initio study of phosphorus effect on vacancy-mediated process in nickel alloys - an insight into Ni2Cr ordering},
author = {Jia-Hong Ke and George A. Young and Julie D. Tucker},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.09684},
year = {2019}
}