典型變形鎂合金中合金相的計算研究.pdf

1、第一性原理計算不依賴任何經(jīng)驗參數(shù)即可合理預(yù)測微觀體系的狀態(tài)和性質(zhì)，準(zhǔn)確地計算和預(yù)測合金相的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能，為材料研究者進行材料性能預(yù)測和材料優(yōu)化設(shè)計提供重要地理論依據(jù)，是基礎(chǔ)研究的重要方法。當(dāng)前鎂合金基礎(chǔ)研究還有待于加強與深入，而合金相的研究是鎂合金開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)研究。目前鎂合金中還存在一些未知的相，一些化合物的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)需要進一步確認，一些合金相的熱力學(xué)數(shù)據(jù)不足，相關(guān)的熱力學(xué)和動力學(xué)研究缺乏，因此通過基于密度泛函

2、理論第一性原理計算進行鎂合金合金相研究具有十分重要的意義。本文采用第一性原理對典型變形鎂合金中合金相的性質(zhì)進行計算研究，獲得一些重要合金相的微觀性質(zhì)數(shù)據(jù)，為徹底弄清鎂合金合金相影響機制，加速鎂合金中合金相的研究奠定基礎(chǔ)。
　　 首先，本文運用第一性原理計算了添加合金元素Sr后AZ31系鎂合金組織中合金相Al4Sr、Al2Sr、Al9Sr5、Mg2Sr和Mg17Sr2的結(jié)構(gòu)參數(shù)和構(gòu)型、形成焓、結(jié)合能、彈性常數(shù)以及理論強度等，獲得了

3、這些相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性質(zhì)的數(shù)據(jù)。計算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)參數(shù)和構(gòu)型的計算值和實驗值相符；形成焓和結(jié)合能的計算結(jié)果顯示這些合金相均為穩(wěn)定相，其中Al4Sr的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最好；體積模量和剪切模量之比G/B值顯示：Al2Sr和Al9Sr5呈脆性，Al4Sr和Mg2Sr呈延性；Al4Sr的理論抗拉強度是這些相中最大的、臨界應(yīng)變是最小的，其理論抗拉強度為6.53GPa、臨界應(yīng)變?yōu)?0.23％；合金相Mg2Sr是這些相中理論抗拉強度最小、臨界應(yīng)變值最大

4、的合金相，其抗拉強度為2.97 GPa、臨界應(yīng)變值為22.10％。而合金相Al2Sr、Al9Sr5和Mg17Sr2的抗拉強度分別為6.26 GPa、3.70 GPa和5.34 GPa，其臨界應(yīng)變值分別為18.7％、12.0％和20％。
　　 其次，本文采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)以及X射線衍射儀(XRD)等實驗方法研究了添加Sr后AZ31系鎂合金鑄態(tài)組織和均勻化組織中合金相的種類和形貌，以及采用了顯微硬度分析了AZ

5、31+Sr系鎂合金的綜合力學(xué)性能，對合金相Al4Sr、Al2Sr、Al9Sr5、Mg2Sr和Mg17Sr2的性質(zhì)計算的結(jié)果進行了初步驗證。
　　 最后，采用第一性原理計算了添加Y/La后LA141鎂合金中合金相AlLi、Al2Y和Al2La的結(jié)構(gòu)參數(shù)和構(gòu)型、形成焓、結(jié)合能、彈性常數(shù)以及理論強度等，獲得了這些相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)。計算結(jié)果表明：這些合金相的結(jié)構(gòu)參數(shù)和構(gòu)型的計算值與實驗值吻合較好；形成焓和結(jié)合能的計算結(jié)果表明