Y及Ce對Mg-Al合金性能影響的第一性原理研究.pdf

1、鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料,具有比強度和比剛度高,電磁屏蔽性、減震性和散熱性好等優(yōu)點,鎂合金材料已被廣泛應用于汽車、通訊和航天等相關行業(yè)。最近,商業(yè)化鎂合金的研究重點主要為Mg-Al系合金,尤其是AM和AZ系列;主要是因為這些類型的鎂合金具有良好的室溫強度、延展性和優(yōu)良的鑄造性能;但是它們的蠕變性能較差和高溫強度很低,嚴重限制其應用范圍,因此迫切需要提高其力學性能。稀土作為一種有效的合金化元素,能顯著提高鎂合金的綜合力學性能,拓展其使用

2、領域,稀土Y和Ce都能通過合金化來提高Mg-Al基合金的綜合性能。本文通過第一性原理研究Mg-Al-Y和Mg-Al-Ce合金中金屬間化合物的性能能增加我們對這類型合金的理解并指導實驗。
　　本文通過第一性原理計算分析了Mg-Al-Y-Ce中不同占位B2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,得出了更穩(wěn)定的四個結(jié)構(gòu);計算分析了MgY、MgCe、AlY和AlCe四相的結(jié)合能和形成焓,通過結(jié)合能我們得出四相的穩(wěn)定性由強到弱的順序為AlY>MgY>AlCe>MgC

3、e,而形成焓的結(jié)果告訴我們,Al比Mg更容易與稀土元素Y和Ce發(fā)生合金化;計算分析了彈性常數(shù),得到了四相的體模量,剪切模量,楊氏模量和泊松比;通過分析四相的延展性,我們得出了柯西壓和泊松比與材料脆性和塑性的關系,柯西壓和泊松比越小時,材料的脆性越強,這與 Pugh準則得出的結(jié)論一致。脆性由強到弱為MgCe>AlY>MgY>AlCe。
　　基于第一性原理計算分析了 Laves相 Mg2Y和 Al2Y在平衡靜水壓力下的電子結(jié)構(gòu)、力學性

4、能和熱力學性能;從0Gpa下Al2Y和Mg2Y相的結(jié)合能和形成焓可知,它們的合金化能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都要強于 Mg17Al12相。預測了不同壓力下 Mg2Y和 Al2Y相的彈性常數(shù)與壓力的函數(shù)關系,彈性模量和彈性常數(shù)都隨著壓力的增加而增大,說明壓力能搞提高它們的力學性能。
　　分析了外部壓力對Al4Ce相的微觀結(jié)構(gòu)、電子特性和力學性能的影響;計算得到了不同壓力下的總態(tài)密度和分態(tài)密度,結(jié)果顯示Al4Ce具有良好的金屬性。另外,采用 Vo