稀土元素对Mg-Al合金性能影响的第一性原理研究

发布时间：2017-04-02 07:17

  本文关键词：稀土元素对Mg-Al合金性能影响的第一性原理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金密度小,重量轻,是不错的工程结构材料,而且减震性和散热性好,电磁屏蔽性、比强度和比刚度高,在不同领域得到非常广泛的应用。同时也有很多缺点,易燃,塑性差,耐蚀性差等因素限制了其部分应用,提高其力学性能显得非常迫切。稀土元素在提高合金综合力学性能方面起着重要作用,使其得到广泛应用。本文通过第一性原理研究B2-MgRE(RE=La,Sc,Y,Lu)以及Mg-Al-Ce和Mg-Al-Gd的合金中金属间化合物的性能对我们所做的实验提供指导。本文通过第一性原理赝势平面波的方法,对Mg-RE合金系金属间化合物MgLa,MgSc,MgY和MgLu四相进行了计算,其中包括形成焓,结合能,弹性常数及态密度。形成焓和结合能的计算结果表明:MgLa的合金化能力最强,MgLu相的结构最稳定;弹性模量的计算结果表明:四相都表现为脆性,相比而言,MgSc相的塑性更差,而MgY的塑性相对较好;态密度和金属性分析表明:四相中均存在弱离子键和金属键,金属键由强到弱顺序依次为MgY,MgLa,MgSc,MgLu。对在Mg-Al基合金中添加Ce元素形成的Mg-Al-Ce金属间化合物的性能进而分析,确定Ce在镁合金的作用以及对其的影响。本文研究了六种Mg-Al-Ce合金的金属间化合物,包括它们的晶格常数、结合能、形成焓、弹性常数和态密度等。通过计算得出的结果,分析所得结果,对其性能进行判断,为做实验研究提高一定的参考。计算了Mg-Al-Gd合金系金属间化合物Al2Gd、Mg17Al12、Mg3Gd、Mg2Gd和MgGd五相的形成焓,结合能,弹性常数及态密度。主强化相Mg2Gd相的形成热和结合能的绝对值都是最大的,说明在Mg-Al-Gd合金系中是最容易生成且是最稳定的强化相;弹性模量的计算结果表明:Al2Gd、Mg17Al12、Mg3Gd,Mg2Gd和MgGd在力学上都是稳定的,且Al2Gd、Mg17Al12、Mg3Gd都是脆性材料,结合弹性模量和态密度分析,得出Al2Gd是脆性最大的相;态密度分析表明:各相的主波峰区域均来自各原子s和p轨道电子的杂化。
【关键词】：Mg-Al合金 Ce Gd 第一性原理
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 镁及镁合金10-13
• 1.1.1 镁合金的分类10-11
• 1.1.2 镁合金的特点11-12
• 1.1.3 镁合金的应用现状及发展趋势12-13
• 1.2 Mg-Al-Ce和Mg-Al-Gd合金系13-15
• 1.2.1 Mg-Al-Ce系镁合金14
• 1.2.2 Mg-Al-Gd系镁合金14-15
• 1.3 第一性原理计算15-16
• 1.4 本课题的研究意义、目的以及内容16
• 1.4.1 课题研究的意义和目的16
• 1.4.2 课题研究的内容16
• 1.5 计算方法16-21
• 1.5.1 密度泛函理论DFT（Density Functional Theory）16-18
• 1.5.2 近似方法18-19
• 1.5.3 交换-关联能函数近似19-20
• 1.5.4 赝势方法20-21
• 第2章 Mg-RE（RE=La，Sc，Y，Lu）中B2型金属间化合物的电子结和力学性能的理论研究21-28
• 2.1 计算方法与模型21-22
• 2.1.1 计算方法21
• 2.1.2 计算模型21-22
• 2.2 计算结果与分析22-27
• 2.2.1 形成热和结合能22-23
• 2.2.2 弹性常数23-26
• 2.2.3 态密度26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 Mg-Al-Ce合金的电子结构和力学性能的理论研究28-38
• 3.1 计算方法与模型28-29
• 3.2 计算结果与讨论29-36
• 3.2.1 晶格参数29-30
• 3.2.2 结合能30-31
• 3.2.3 形成焓31-33
• 3.2.4 电子特性33-34
• 3.2.5 弹性性能34-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第4章 Mg-Al-Gd合金的中间化合物的理论研究38-48
• 4.1 计算参数设置38
• 4.2 计算模型38-40
• 4.3 计算结果与讨论40-46
• 4.3.1 平衡晶格常数40
• 4.3.2 形成热40-42
• 4.3.3 结合能42
• 4.3.4 弹性性质42-45
• 4.3.5 电子结构45-46
• 4.4 本章小结46-48
• 结论48-49
• 参考文献49-54
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果54-55
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目55-56
• 致谢56-57

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