Mg2Y(Yb)強(qiáng)化相與AMgNi4(A=Y,La,Ce,Pr和Nd)合金的理論研究.pdf

1、純金屬鎂雖有豐富的含量和各種優(yōu)異的性能,如低密度、高的比強(qiáng)度和剛度、好的減震性和電磁屏蔽性等等,但因其活潑的化學(xué)性質(zhì),在室溫或高溫下較差的力學(xué)性能等方面的原因,極大地限制了它在現(xiàn)代工業(yè)上的應(yīng)用。為了提高鎂的性能尤其是高溫下的力學(xué)性能,和滿足工業(yè)上對(duì)結(jié)構(gòu)材料的大量需求,對(duì)鎂合金的研究探索已經(jīng)成為開發(fā)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的熱點(diǎn),引起了實(shí)驗(yàn)和理論上的持續(xù)關(guān)注。雖然目前對(duì)稀土鎂合金進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,但是對(duì)一些合金及合金中的相缺乏深入的了解,尤其對(duì)一

2、些內(nèi)在的作用機(jī)制還不是很明確,需要理論方面的研究指導(dǎo)。
　　本文采用基于密度泛函理論之上的第一性原理計(jì)算的方法,對(duì)稀土鎂合金中典型的C14型Mg2Y(Yb)強(qiáng)化相進(jìn)行了理論上的計(jì)算,得到了與實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)構(gòu)參數(shù)。計(jì)算所得到的結(jié)合能表明Mg2Y(Yb)相,具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,且Mg2Y相對(duì)Mg2Yb而言更穩(wěn)定。對(duì)彈性常數(shù)及力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算分析表明Mg2Yb相比Mg2Y展示了好的塑性和各向同性,而Mg2Y比Mg2Yb相具有較大的彈性常數(shù)

3、Cij和較好的剛度。
　　接著,采用相同的計(jì)算方法對(duì)新型三元鎂合金AMgNi4(A=Y,La,Ce,Pr和Nd)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)、力學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)等方面的研究。計(jì)算得到的平衡晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)很好的一致,負(fù)的形成焓ΔH和結(jié)合能Ecoh表明這些合金有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。其次,計(jì)算結(jié)果指出YMgNi4合金在這些合金中有最大的彈性常數(shù)Cij、剪切模量G、體模量B和楊氏模量E,卻有最小的泊松比ν和最差的韌性。再次,結(jié)果還表明三元合金AMgNi4(A

4、=La,Ce,Pr和Nd)的彈性常數(shù)Cij、剪切模量G、體模量B、楊氏模量E以及G/B這些物理量的值,均隨著元素A原子序數(shù)的增大而增大,而泊松比ν卻是逐漸變小、韌性逐漸減弱,依次呈現(xiàn)規(guī)律性變化。為了得到穩(wěn)定性以及力學(xué)性能的微觀作用機(jī)制,本文還詳細(xì)分析了這些合金的電子結(jié)構(gòu)。
　　本文還對(duì)MgCuSn和MgCu4Sn金屬間化合物的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行了研究,結(jié)果表明此兩者是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的,MgCu4Sn比MgCuSn有較大的彈性常數(shù)Cij