Mg-Al基合金中几种二元相的第一原理计算

发布时间：2017-07-25 16:01

  本文关键词：Mg-Al基合金中几种二元相的第一原理计算

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【摘要】：本工作运用基于第一性原理的CASTEP软件程序包，计算分析了Sn, Y, Zr, Sc合金化Mg-Al合金后所形成的立方结构Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc相的合金形成热、结合能、电子结构与弹性性质等，，并与Mg-Al合金中的重要二元相Mg17Al12相进行了对比。 在几何优化后发现，Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc的晶胞结构参数和晶格常数与文献值十分吻合。合金形成热与结合能的分析结果说明Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc的合金化能力和结构稳定性均比Mg17Al12的强。 态密度图的分析结果说明Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc中都有不同程度的共价杂化，其中Al3Zr杂化最为明显。电荷差分密度图分析结果表明这5种金属间化合物的成键特征是金属键、离子键与共价键的结合，这也导致了它们的结构稳定性。Mulliken电子占据数的结果说明离子键由弱到强的顺序为Al3ZrAl2ScMg17Al12Al2YMg2Sn，金属性最强的是Mg17Al12，最弱的是Mg2Sn。 本工作分别计算了Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc三个独立的弹性常数，并进一步预测出了这五种金属间化合物的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比等。B,G值越大，材料的硬度相应就越高，比较得出五种金属间化合物硬度由高到低的顺序为Al3ZrAl2ScAl2YMg17Al12Mg2Sn。G/B比与Cauchy压力的分析结果均表明Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc四相均比Mg17Al12相脆。从泊松比的结果中可以得出，Mg17Al12横向变形能力最好，Al2Sc的横向变形能力最差。
【关键词】：第一性原理 Mg-Al基合金 结构稳定性 电子结构 弹性性质
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 镁及镁合金特点8
• 1.2 Mg-Al 系镁合金简介8-9
• 1.2.1 含稀土元素的 Mg-Al 基镁合金8-9
• 1.2.2 含碱土元素的 Mg-Al 基合金9
• 1.2.3 含 Sn, Si 和 Sb 等元素的 Mg-Al 基合金9
• 1.3 计算材料学及计算方法简介9-10
• 1.3.1 第一原理计算法（first-principle calculations method）10
• 1.3.2 分子动力学法（Molecular dynamics method）10
• 1.3.3 蒙特卡洛方法（Monte Carlo method）10
• 1.3.4 有限元法（Finite Element Method）10
• 1.4 第一原理和密度泛函理论简介10-17
• 1.4.1 多粒子体系的薛定谔方程10-12
• 1.4.2 密度泛函理论（Density functional theory）12-17
• 1.5 Materials Studio 计算软件—CASTEP 模块17
• 1.6 本课题的研究意义及目的17
• 1.7 本课题的主要研究内容17-19
• 第2章 计算设备及参数设置19-21
• 2.1 计算设备19
• 2.2 计算参数设置19-21
• 第3章 计算结果及分析21-50
• 3.1 Mg_(17)Al_(12)相计算分析21-26
• 3.1.1 Mg_(17)Al_(12)的晶体结构和晶格常数21-22
• 3.1.2 Mg_(17)Al_(12)的合金形成热与结合能22-23
• 3.1.3 Mg_(17)Al_(12)的电子结构23-25
• 3.1.4 Mg_(17)Al_(12)的弹性性质25-26
• 3.2 Mg_2Sn 相计算分析26-31
• 3.2.1 Mg_2Sn 的晶体结构和晶格常数27-28
• 3.2.2 Mg_2Sn 的合金形成热与结合能28
• 3.2.3 Mg_2Sn 的电子结构28-30
• 3.2.4 Mg_2Sn 的弹性性质30-31
• 3.3 Al_2Y 相计算分析31-36
• 3.3.1 Al_2Y 晶体结构和晶格常数32-33
• 3.3.2 Al_2Y 的合金形成热与结合能33
• 3.3.3 Al_2Y 相的电子结构33-35
• 3.3.4 Al_2Y 的弹性性质35-36
• 3.4 Al_3Zr 相计算分析36-41
• 3.4.1 Al_3Zr 的晶体结构和晶格常数36-37
• 3.4.2 Al_3Zr 的合金形成热与结合能37-38
• 3.4.3 Al_3Zr 的电子结构38-40
• 3.4.4 Al_3Zr 的弹性性质40-41
• 3.5 Al_2Sc 相计算分析41-46
• 3.5.1 Al_2Sc 的晶体结构和晶格常数41-42
• 3.5.2 Al_2Sc 的合金形成热和结合能42-43
• 3.5.3 Al_2Sc 的电子结构43-45
• 3.5.4 Al_2Sc 的弹性性质45-46
• 3.6 各相同种性质比较,46-50
• 3.6.1 各相的合金形成热与结合能46
• 3.6.2 电子结构比较46-47
• 3.6.3 弹性性质比较47-50
• 第4章 结论50-51
• 参考文献51-56
• 在读研究成果56-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吕渠东,吕宜振,曾小勤,丁文江,卢晨;镁合金在电子器材壳体中的应用[J];材料导报;2000年06期

2 郭世杰;乐启炽;崔建忠;;加钙耐热镁合金的最新研究进展[J];材料导报;2004年10期

3 柏振海,罗兵辉,范云强,谢绍俊;微量Sc和Zr对Al-Mg合金组织和性能影响的研究[J];材料科学与工艺;2002年03期

4 罗旋，费维栋，李超，姚忠凯;材料科学中的分子动力学模拟研究进展[J];材料科学与工艺;1996年01期

5 于海青;刘英才;;蒙特卡罗法模拟Pb-Sn共晶合金[J];材料开发与应用;2008年04期

6 周惦武;徐少华;张福全;彭平;刘金水;;Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能第一原理计算[J];稀有金属材料与工程;2011年04期

7 郭俊梅,邓德国,潘健生,胡明娟;计算材料学与材料设计[J];贵金属;1999年04期

8 刘宏伟,罗承萍,刘江文;钇及混合稀土对AZ91镁合金时效析出的影响[J];机械工程材料;2004年04期

9 吴菊英;汤爱涛;潘复生;;第一性原理在镁合金研究中的应用现状[J];材料导报;2012年21期

10 刘子利;费飞;刘希琴;刘伯路;邹德华;;粉末冶金Mg-6Al-xZr合金的组织与力学性能[J];粉末冶金技术;2012年06期

本文编号：572082