Mg-Al-Ce和Mg-Y-Zn合金典型沉淀相的理論計算研究.pdf

1、鎂合金是最輕的金屬結構材料。由于具有密度小、高比強度、高比剛度、優(yōu)良的導熱性和導電性、良好的尺寸穩(wěn)定性、電磁屏蔽性和易于回收等特性,鎂合金越來越受到人們的關注。過去幾十年,鎂合金廣泛應用于電子、汽車和航空航天等領域。然而,由于純鎂金屬本身易氧化、易燃燒以及有限的高溫力學性能,使得經濟實用型的鎂合金在現代工業(yè)領域的應用仍很有限。因此提高鎂合金的室溫和高溫強度是鎂合金研究中要解決的首要問題。大量實驗和理論研究表明,在鎂合金中加入稀土元素可以

2、明顯改善鎂合金的機械性能。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究Mg-Al-Ce與Mg-Y-Zn合金沉淀相的力學性能。
　　1.為了驗證計算方法,首先計算了陶瓷材料(Cr0.5V0.5)2GeC的力學性能參數,計算得到的晶格參數符合實驗和理論數據。獲得了材料的獨立彈性常數,進而分析了材料的韌性、剛度和可壓縮性力學性能,并對各向異性進行詳細討論。電荷密度和態(tài)密度表明(Cr0.5V0.5)2GeC是共價鍵和離子鍵的混合結構。并揭

3、示出(Cr0.5V0.5)2GeC中由于Cr5d、V4d和C2p電子態(tài)雜化形成比Cr2GeC和V2GeC更強的Cr-C與V-C共價鍵,它們的共存使得(Cr0.5V0.5)2GeC的體模量更高。
　　2.實驗表明鎂鋁合金中摻入Ce元素形成的Al2Ce、Al4Ce和Al11Ce3三種沉淀相能增強合金力學性能。因此,Al2Ce、Al4Ce和Al11Ce3的彈性常數和電子結構研究是必要的。計算得到的晶格常數與實驗數據一致。結合能和形成焓表

4、明三種沉淀相都具有穩(wěn)定的晶格結構。并對它們的彈性常數及重要力學參量(體模量B、剪切模量G、楊氏模量E和泊松比ν)進行了詳細分析。態(tài)密度和電荷密度分布揭示出Al-Ce與Ce-Ce共價鍵的共存是增強合金力學性能的內部因素。
　　3.Mg-Y-Zn合金中的特殊相可以提高合金力學性能。目前Mg-Y-Zn合金中發(fā)現的五種長周期結構6H、10H、14H、18R和24R能夠明顯增強合金的力學性能,這為發(fā)展高強度鎂合金提供方向。這里研究10H型長