Mg2Y(Ca)和tI26型Mg12RE合金的彈性性能與電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、近年來，由于鎂合金具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、良好的電磁屏蔽性能、低毒性以及優(yōu)異的機(jī)械加工性、鑄造性和再循環(huán)能力等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空、航天工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鎂合金在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用仍然受到了很大的局限性，特別是在高溫下具有較差的抗蠕變性、耐腐蝕性、以及阻燃性等。因此改善現(xiàn)有的鎂合金已經(jīng)成為了必然的趨勢(shì)，而且有關(guān)其力學(xué)性能的研究也成了在材料性能模擬領(lǐng)域很重要的一個(gè)課題。添加稀土元素被認(rèn)為是改善鎂合金力學(xué)性能的最有效的方法之

2、一。在本論文中，采用了基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究了Mg2Y(Ca)和tI26型Mg12RE合金的彈性性能和電子性質(zhì)。得到的主要結(jié)論如下所示：
　　 1.優(yōu)化所得的Mg2Ca和Mg2Y的晶格常數(shù)與已有的實(shí)驗(yàn)值非常吻合。形成焓為負(fù)數(shù)表明了這兩個(gè)相均具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且Mg2Ca更穩(wěn)定一些。計(jì)算了五個(gè)獨(dú)立的彈性常數(shù)，其結(jié)果表明：Mg2Ca和Mg2Y均具有力學(xué)穩(wěn)定性。然后通過Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似計(jì)算

3、得到了多晶的體模量B，剪切模量G，楊氏模量E以及泊松比v，并進(jìn)一步討論了Mg2Ca和Mg2Y的力學(xué)性能。接著詳細(xì)的研究了這兩個(gè)相的彈性各向異性，結(jié)果指出了它們均具有較小的彈性各向異性。最后根據(jù)電子態(tài)密度和電荷密度分布的分析，揭示了Mg2Ca具有較高的穩(wěn)定性可能歸因于形成了較強(qiáng)的方向性共價(jià)鍵。
　　 2.采用了第一性原理方法詳細(xì)的研究了tI26型Mg12RE(RE=Ce，Pr，Nd)的晶體結(jié)構(gòu)、彈性性能以及電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算所得的Mg

4、12RE(RE=Ce，Pr，Nd)的晶格參數(shù)與已有的實(shí)驗(yàn)值非常一致。通過形成焓的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)隨著RE的原子序數(shù)的增加Mg12RE合金的穩(wěn)定性逐漸降低。然后計(jì)算了彈性常數(shù)以及利用Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似得到了多晶彈性模量B，G，E以及泊松比v的值，其結(jié)果表明了隨著RE的原子序數(shù)的增加，Mg12RE的B，G，E直逐漸增大，且均表現(xiàn)為脆性材料。接著采用了3D表示方向依賴、ab和bc(ac)平面投影等方法更加深入地研究了3維