鎂合金沉淀相晶體結(jié)構(gòu)和相穩(wěn)定性的第一性原理研究.pdf

1、作為最輕的結(jié)構(gòu)合金之一，鎂合金研究隨著結(jié)構(gòu)合金輕量化的發(fā)展趨勢(shì)而備受矚目。理解鎂合金的結(jié)構(gòu)特性和擴(kuò)展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。鎂合金有限的強(qiáng)度是其應(yīng)用受到限制的主要原因。作為合金強(qiáng)化的主要途徑之一，時(shí)效硬化通過在時(shí)效過程中高強(qiáng)度沉積相的生成，阻礙合金中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的目的。沉積相的熱力學(xué)形成能是決定沉積相穩(wěn)定性及其形成順序的最關(guān)鍵因素之一，而對(duì)形成能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定卻通常比較困難?；诘谝恍栽淼拿芏确汉碚?/p>

2、，可以對(duì)合金中沉積相的形成能(0K)進(jìn)行直接計(jì)算，從而促進(jìn)時(shí)效強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理分析。通過對(duì)所有實(shí)驗(yàn)已知沉積相及預(yù)測(cè)沉積相的第一性原理高通量計(jì)算，可以構(gòu)建沉積相熱力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫。此類數(shù)據(jù)庫將會(huì)對(duì)未來的新型鎂合金材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用起到重要的指導(dǎo)和輔助作用。
　　在本課題中，我們結(jié)合了第一性原理計(jì)算與晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法對(duì)關(guān)鍵時(shí)效硬化鎂合金沉積相的穩(wěn)定性進(jìn)行了熱力學(xué)分析。鎂合金重要的沉淀相依照其成分被劃分為鎂-單稀土元素，鎂-雙稀土元素，鎂-稀

3、土元素-鋅，鎂-鋅，鎂-鋁，鎂-錫，鎂-鈣-鋅，鎂-鋁-鈣等一系列體系。我們計(jì)算了所有體系中的對(duì)應(yīng)重要相的熱力學(xué)性質(zhì)，構(gòu)建了凸包并分析了這些相的穩(wěn)定性和沉積順序。所進(jìn)行的熱力學(xué)分析基本驗(yàn)證了已知實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。基于密排六方結(jié)構(gòu)群,對(duì)以鎂、鋅、鈦、鋯為基體摻雜常見合金元素(73種)的所有密棑六方相的形成能進(jìn)行了高通量計(jì)算，與原有數(shù)據(jù)庫(OQMD)搭配，構(gòu)成了較為完整的鎂合金沉積相數(shù)據(jù)庫。利用此數(shù)據(jù)庫結(jié)合先進(jìn)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)算法，對(duì)缺少確定實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)