稀土鋁、鎂合金熱力學(xué)性質(zhì)的第一原理計算.pdf

1、第一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)，準確地計算和預(yù)測穩(wěn)定相、亞穩(wěn)相甚至虛擬相的物理、化學(xué)性能，從而使材料研究者可以利用這些相的物理化學(xué)性能進行材料優(yōu)化設(shè)計。Al-RE和Mg-RE二元合金是現(xiàn)代稀土輕合金研究的基礎(chǔ)，然而關(guān)于這些合金的熱力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及相關(guān)的熱物理性能的研究很少，這阻礙了稀土鋁、鎂合金的進一步研究以及新型材料的設(shè)計和開發(fā)。為了加速對稀土鋁、鎂合金的研究，本文將用目前成熟的密度泛函理論對這些

2、合金的熱力學(xué)以及力學(xué)性質(zhì)進行深入的計算研究。 首先，本文利用第一原理計算獲得了Al-RE和Mg-RE二元合金體系的558個金屬間化合物的合金形成焓，準確地預(yù)測了34個Al-RE和Mg-RE二元合金體系中合金相的絕大多數(shù)基態(tài)結(jié)構(gòu)；計算還預(yù)測了Mg-RE二元合金體系潛在的亞穩(wěn)相，對于豐富與完善為鋁基和鎂基合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫具有重要價值。 其次，結(jié)合第一原理和德拜模型對B2-AlRE、C15-Al2RE和Ll2-Al3RE化合物

3、的力學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及熱物理性能等進行了系統(tǒng)地計算和預(yù)測。晶格常數(shù)、彈性常數(shù)以及德拜溫度等的計算值和實驗值相符；體積模量和剪切模量之比B/G值顯示：在B2-AlRE中，B2-AlEu和B2-AlYb呈脆性，其它化合物都呈延性；C15-Al2RE和Ll2-Al3RE化合物都呈脆性。 再次，系統(tǒng)地計算和預(yù)測了B2-MgRE體系的力學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及熱物理性能等。晶格常數(shù)的計算值和實驗值吻合；彈性常數(shù)和彈性模量的計算值和實驗值進行

4、比較發(fā)現(xiàn)B2-MgCe的C’值符合的很好，而B2-MgTm彈性常數(shù)的誤差在25％以內(nèi)；體積模量和剪切模量之比B/G值顯示輕稀土部分的偏脆性，而重稀土部分的偏韌性。 最后，結(jié)合第一原理方法、Miedema理論和計算相圖方法（CALPHAD）對Mg-Eu體系進行了熱力學(xué)優(yōu)化。本文首先利用Miedema理論計算了Mg-Eu的液相混合焓，結(jié)合第一原理計算的化合物形成焓以及相圖實驗數(shù)據(jù)，選擇合理的模型，用優(yōu)化計算了Mg-Eu二元體系的相平