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)展趨勢而備受矚目。理解鎂合金的結(jié)構(gòu)特性和擴展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸成為材料科學(xué)的研究熱點。鎂合金有限的強度是其應(yīng)用受到限制的主要原因。作為合金強化的主要途徑之一，時效硬化通過在時效過程中高強度沉積相的生成，阻礙合金中的位錯運動，從而達到結(jié)構(gòu)強化的目的。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，而對形成能的實驗測定卻通常比較困難。基于第一性原理的密度泛函理論

2、，可以對合金中沉積相的形成能(0K)進行直接計算，從而促進時效強化的強化機理分析。通過對所有實驗已知沉積相及預(yù)測沉積相的第一性原理高通量計算，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)庫將會對未來的新型鎂合金材料的設(shè)計和應(yīng)用起到重要的指導(dǎo)和輔助作用。
　　在本課題中，我們結(jié)合了第一性原理計算與晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法對關(guān)鍵時效硬化鎂合金沉積相的穩(wěn)定性進行了熱力學(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。我們計算了所有體系中的對應(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。所進行的熱力學(xué)分析基本驗證了已知實驗觀測結(jié)果。基于密排六方結(jié)構(gòu)群,對以鎂、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行了高通量計算，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)合先進的結(jié)構(gòu)預(yù)測算法，對缺少確定實驗結(jié)構(gòu)