Mg-Al合金碳質(zhì)細化機理的第一原理計算和實驗研究.pdf

1、盡管目前有多種理論分析了Mg-Al合金碳質(zhì)細化機理及異質(zhì)形核核心相的形核能力,但是由于缺乏對α-Mg與異質(zhì)核心界面機制的有效研究,不同理論給出的解釋與實驗現(xiàn)象存在矛盾。用第一原理計算方法可以從原子尺度上研究a-Mg與異質(zhì)形核核心之間界面的性質(zhì),分析α-Mg/形核核心相界面的界面能及原子尺度的界面結(jié)構(gòu),是揭示異質(zhì)形核內(nèi)在機制的一條可行途徑,且在推動Mg-Al合金晶粒細化理論的發(fā)展和提高細化劑的細化性能等方面具有重要意義。
　　 本

2、論文對Mg/Al4C3界面和Mg/Al2CO界面的原子堆垛規(guī)律、電子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)的第一原理研究發(fā)現(xiàn),Mg與碳化物粒子Al4C3和Al2CO間的界面處的原子都存在最優(yōu)的結(jié)合方式,Mg(0002)與Al4C3(0001)形成界面后,界面處的Mg原子更傾向于直接堆垛在界面處的C原子上方,界面原子間的電荷發(fā)生了重新分布,且電荷轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)局域化特征,使界面處C和Mg原子間形成了離子鍵和極性共價鍵混合鍵,界面結(jié)合能為1.968J/m2;而Mg/Al

3、2CO界面,Mg原子更傾向于直接堆垛在O原予上方,界面處存在離子鍵,界面結(jié)合能為0.427J/m2,比Mg/Al4C3界面的小很多,所以Mg/Al2CO界面結(jié)合強度比Mg/Al4C3界面小很多。
　　 Mg(0002)/Al4C3(0001)的界面能不會隨著體系化學(xué)成分的變化而變化。Mg熔體中,α-Mg在Al4C3粒子上形核產(chǎn)生的Mg/Al4C3界面能小于α-Mg直接形核時的Mg(1)/Mg(s)界面能,所以滿足Al4C3粒子充

4、當α-Mg有效形核核心的能量條件,這為Mg熔體內(nèi)存在Al4C3粒子時有晶粒細化效果的實驗現(xiàn)象提供了理論解釋。與Mg/Al4C3界面不同,Mg/Al2CO的界面能會隨體系化學(xué)成分在一定范圍內(nèi)變化,只有當體系的化學(xué)成分達到一定水平,α-Mg才可在Al2CO(0001)表面形核。
　　 對鎂合金試樣的SEM和EDS分析結(jié)果表明,當Mn含量較低時,容易形成α-Mg的有效形核核心,如Al4C3和Al-Mn-C-Fe相,對鎂合金晶粒起到較好