Mg-Zn系镁合金第一性原理计算

发布时间：2017-03-22 09:10

  本文关键词：Mg-Zn系镁合金第一性原理计算，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,第一性原理计算方法在科学研究的诸多领域得到长足发展,包括凝聚态物理、材料科学、计算机科学、化学等。该计算方法己经成为科学研究中的一个常用的手段,与理论、实验呈现三足鼎立之势。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对镁基合金中,Mg-Zn-Cu合金的金属间化合物的能量及性能进行了计算,希望为Mg-Zn-Cu合金的开发提供理论指导。本文运用Materials Studio软件中CASTEP程序软件包,计算了Mg-Zn-Cu合金系中MgCu2、MgZn2及CuZn三种金属间化合物的结构稳定性、电子结构、力学性质和德拜温度。合金形成热和结合能的计算结果表明在三种金属间化合物中MgCu2具有最强的合金形成能力及相结构稳定性。利用电子结构计算结果中的态密度、布居分析及金属性分析,进一步证实了金属间化合物的结构稳定性。MgCu2、MgZn2及CuZn化合物的力学性质(弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比)结果表明CuZn的抗变形能力最强、刚度及硬度最大,三种金属间化合物均为延性相。由弹性常数可以推导出德拜温度,CuZn的德拜温度最高。本文进一步计算了0-80GPa范围内,不同压力下MgCu2和MgZn2两相的结构稳定性、力学性质、硬度、电子结构以及德拜温度。计算了MgCu2和MgZn2的合金形成热、结合能、弹性常数,研究了MgCu2和MgZn2的弹性模量、泊松比、柯西压力,并计算了MgZn2弹性各向异性。结果表明MgCu2和MgZn2的体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和柯西压力,均随压力的增加而升高;二者均为延性相,在0-80GPa范围内随着压力的增加其延展性越好且加压并不会改变其延/脆性;MgZn2各向异性程度随压力增加而略微减小。此外,计算了在压力作用下MgCu2和MgZn2的态密度,随着压力的改变,参与杂化的电子成分也发生改变。
【关键词】：第一性原理计算 Mg-Zn-Cu系合金 结构稳定性 力学性质 电子性质
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 镁合金概述9-14
• 1.1.1 镁合金的性质9-10
• 1.1.2 镁合金的应用10-13
• 1.1.3 镁合金的研究现状13-14
• 1.2 镁合金中合金元素及其作用14-15
• 1.3 第一性原理的发展与应用15-18
• 1.4 第一性原理在镁合金研究中的应用18-19
• 1.4.1 结构参数的计算18
• 1.4.2 合金相稳定性的计算18
• 1.4.3 电子结构的计算18-19
• 1.4.4 合金相力学性质的计算19
• 1.4.5 其他方面的应用19
• 1.5 研究意义及内容19-21
• 1.5.1 研究意义19-20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 第2章 第一性原理的理论背景及计算软件21-26
• 2.1 密度泛函理论21-22
• 2.1.1 Thomas－Fermi模型21
• 2.1.2 Hohenberg－Kohn定理21-22
• 2.1.3 Kohn－Sham方程22
• 2.2 多粒子系统的薛定谔方程22-24
• 2.2.1 Born－Oppenheimer近似22-23
• 2.2.2 Hartree－Fock近似23-24
• 2.3 交换关联能量泛函24
• 2.3.1 局域密度近似（LDA）24
• 2.3.2 广义梯度近似（GGA）24
• 2.4 CASTEP软件包简介24-26
• 第3章 Mg-Zn-Cu合金中金属间化合物的理论研究26-39
• 3.1 计算模型26-27
• 3.2 计算方法27
• 3.3 Mg-Zn-Cu合金中金属间化合物的计算结果及分析27-39
• 3.3.1 晶体结构及稳定性27-30
• 3.3.2 力学性质30-33
• 3.3.3 硬度33-34
• 3.3.4 电子结构34-37
• 3.3.5 德拜温度37-39
• 第4章 高压下MgCu_2和MgZn_2相的理论研究39-60
• 4.1 计算方法39
• 4.2 MgCu_2的计算结果及分析39-49
• 4.2.1 晶体结构及稳定性39-41
• 4.2.2 力学性质41-44
• 4.2.3 电子结构44-48
• 4.2.4 德拜温度48-49
• 4.3 MgZn_2的计算结果及分析49-60
• 4.3.1 晶体结构及稳定性49-50
• 4.3.2 力学性质50-53
• 4.3.3 弹性各向异性53-55
• 4.3.4 电子结构55-58
• 4.3.5 德拜温度58-60
• 第5章 结论60-61
• 参考文献61-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

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