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2016-8-16 閱讀(550)
中國科學(xué)院材料物理中心，沈陽110016：wdenggxu.edu.cn國家自然科學(xué)基金（批準號：50361002）、廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃（編號：0480004）和廣西大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究重點項目（編號：2003ZD04）資助TiAl合金3d電子缺陷正電子湮沒了這些金屬及合金中3d電子和缺陷的信息。結(jié)果表明，過渡金屬元素Ti，V，Cu原子中3d軌道的電子數(shù)目越多，正電子湮沒放射Doppler展寬譜的3d信號越強。二元TiAl合金的電子密度和3d電子的信號較低，晶界缺陷的開空間較大。在TiAl合金中加入V或Cu，合金中的3d電子信號增強，基體和晶界處的電子密度均增加。Ti50Al48Cu2合金的多普勒展寬譜的3d電子信號高于Y-TiAl合金為有序L1.結(jié)構(gòu)，具有低密度、高熔點、高彈性模量、好的抗氧化性能和高溫強度等特點，因而被認為是有應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。但TiAl合金在室溫下很脆，這阻礙了它的實用化。為了探明TiAl合金的形變機理，近年來人們對TiAl合金進行了大量的研究，通過合金化和優(yōu)化合金的結(jié)構(gòu)，可顯著改善合金的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。一些研究組研究了在二元TiAl合金中加入第三組元對材料性能的影響，。我們假定二元TiAl合金以金屬鍵結(jié)合，而且注入的正電子在合金中均勻分布。此假設(shè)將導(dǎo)致以下結(jié)果：正電子分別出現(xiàn)在合金晶格中Ti和Al原子位置的概率應(yīng)均為50%，Ti50Al5.合金的商譜應(yīng)當與CTiAl商譜相當。但是，我們的。
表1T1A1基合金的正電子壽命譜參數(shù)、基體和缺陷態(tài)的電子密度合金分析經(jīng)充分退火的純元素樣品Al，Si，Tl，V和Cu的正電子壽命譜，獲得了單一壽命，說明樣品中的大部分缺陷已經(jīng)回復(fù)。這些純元素樣品的基體正電子壽命、正電子湮沒率、電子密度、電子構(gòu)型和原子半徑如表2所示。我們的壽命譜測量結(jié)果與報道的相符。
表2Al，Si，Ti，V和Cu元素的基體正電子壽命、正電子湮沒率、電子密度和電子構(gòu)型元素電子態(tài)Til5合金基體的價電子密度（b（TiAl）=合金時，電子密度降低了。由于Ti原子中有兩個尚未配對的3d電子，當Ti原子和Al原子成鍵時，Al原子提供其價電子與Ti的3d電子將形成局域的共價鍵（Ti和Al的電子構(gòu)型如表2所示），導(dǎo)致合金基體中參與形成金屬鍵的價電子數(shù)量減少。這與正電子湮沒放射Doppler展寬譜得到的結(jié)果相符。
正電子壽命隨缺陷開空間的增大而增長。正電子在二元TiAl合金缺陷態(tài)中的壽命T（TiAl）=（表1）大于正電子在Al空位的壽命Tv（Al）=240ps.這說明，在二元TiAl合金中存在開空間較大的缺陷。這種缺陷結(jié)構(gòu)特征歸因于TiAl具有長程有序L1.型結(jié)構(gòu)并具有較高的有序能。對于有序能高的多晶TiAl合金，在晶粒內(nèi)部原子的排列高度有序，晶界處的原子不易發(fā)生她豫，而導(dǎo)致在晶界處出現(xiàn)開空間較大的缺陷。因此，TiAl合金的T2較大。而且，TiAl合金晶界處的價電子密度d（TiAl）= 1.03X10-2a.u.（表2）很低。由此可見，TiAl合金不僅在晶界處原子間的結(jié)合力很弱，而且基體內(nèi)原子間的結(jié)合力也不強。如TiAl是本征脆性的金屬間化合物，其單晶體和多晶體在室溫下都很脆。
1中的數(shù)據(jù)可以看出，b（Til48V2）（原子分數(shù)）的V使合金基體的電子密度升高。從表2看出，由于b（V）=0.04576a.u.均大于b（Al）=0.0317a.u.或b（Ti）=0.0366a.u.，當V取代Al或Ti原子后，它們都比Al或Ti原子提供更多的價電子數(shù)參與形成金屬鍵，增加了合金中的自由電子密度，而且d（Ti50Al48V2）1）。這表明，在TiAl合金中加入2%（原子分數(shù)）的V可縮小晶界缺陷的開空間，增加晶界處的電子密度。金屬Cu的基體正電子壽命也小于金屬Al或Ti的（表2）。在TiAl合金中加入2%（原子分數(shù)）的Cu也同時增加了合金基體和晶界處的價電子密度，即b（Ti50Al48Cu2）>d（Ti50Al50）（表1）。在TiAl合金中加入Cu與加入V具有相似的效應(yīng)。
3結(jié)論過渡金屬元素Ti，V，Cu原子的電子平均動量隨原子序數(shù)的增加而增大。金屬原子中3d軌道的電子數(shù)目越多，正電子湮沒放射Doppler展寬譜的3d信號越強。
由于Ti的3d電子與Al的3p電子發(fā)生雜化作用，二元TiAl合金的電子密度和3d電子的信號較低。合金晶界上存在開空間較大的缺陷。
在TiAl合金中分別加入V和Cu元素，合金基體和晶界處的價電子密度均升高，3d電子信號增強。Ti50Al48Cu2合金的Doppler展寬譜的3d電子信號高于Ti50Al48V2合金。與加入V相比，在TiAl合金中加入Cu更有效增加3d-3d電子作用。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。
