Y及Ce對(duì)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(qiáng)度和比剛度高,電磁屏蔽性、減震性和散熱性好等優(yōu)點(diǎn),鎂合金材料已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、通訊和航天等相關(guān)行業(yè)。最近,商業(yè)化鎂合金的研究重點(diǎn)主要為Mg-Al系合金,尤其是AM和AZ系列;主要是因?yàn)檫@些類(lèi)型的鎂合金具有良好的室溫強(qiáng)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(qiáng)度很低,嚴(yán)重限制其應(yīng)用范圍,因此迫切需要提高其力學(xué)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(xué)性能,拓展其使用

2、領(lǐng)域,稀土Y和Ce都能通過(guò)合金化來(lái)提高M(jìn)g-Al基合金的綜合性能。本文通過(guò)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(duì)這類(lèi)型合金的理解并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。
　　本文通過(guò)第一性原理計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu);計(jì)算分析了MgY、MgCe、AlY和AlCe四相的結(jié)合能和形成焓,通過(guò)結(jié)合能我們得出四相的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)锳lY>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(jì)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(guò)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(guān)系,柯西壓和泊松比越小時(shí),材料的脆性越強(qiáng),這與 Pugh準(zhǔn)則得出的結(jié)論一致。脆性由強(qiáng)到弱為MgCe>AlY>MgY>AlCe。
　　基于第一性原理計(jì)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(xué)性

4、能和熱力學(xué)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(qiáng)于 Mg17Al12相。預(yù)測(cè)了不同壓力下 Mg2Y和 Al2Y相的彈性常數(shù)與壓力的函數(shù)關(guān)系,彈性模量和彈性常數(shù)都隨著壓力的增加而增大,說(shuō)明壓力能搞提高它們的力學(xué)性能。
　　分析了外部壓力對(duì)Al4Ce相的微觀結(jié)構(gòu)、電子特性和力學(xué)性能的影響;計(jì)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