铝镁硅合金的结构表征及其力热性能的计算

发布时间：2017-09-02 14:25

  本文关键词：铝镁硅合金的结构表征及其力热性能的计算

  更多相关文章： Al-Mg-Si合金 密度泛函理论及第一性原理 结合能 弹性模量 热力学参量

【摘要】：铝镁硅(Al-Mg-Si)6xxx系铝合金具有密度小、强度高、塑性好、装饰性好、成型性好等特点。作为一种可热处理强化型铝合金，目前已在航空工业、建筑行业、汽车工业、日常生活中得到了广泛的应用，在世界铝合金市场上有非常重要的地位。因此，论文“铝镁硅合金的结构表征及其力热性能的计算”具有重要的理论意义与价值。 本文首先对Al-Mg-Si合金进行了制备，材料比例选取为Al-0.8%Mg-0.6%Si。在对试样的表征中，观察分析试样的手段主要有三种，分别是透射电子显微镜(TEM)，高分辨透射电子显微镜(HRTEM)，选区电子衍射(SADP)。在此基础上，研究了Al-Mg-Si合金时效过程中的相变规律，得到了合金的时效析出序列。采用基于密度泛函理论和第一性原理计算的方法，对几种典型的Al-Mg-Si合金中间相的生成热与结合能进行了模拟计算，通过对计算结果的分析，Al-Mg-Si合金中三种典型的中间相Mg2Si、Mg5Si6以及Mg17Al12中，，Mg2Si相优先于其它相在合金时效过程中析出，而且其结构比较稳定，是最主要的强化相。为了从纳米和原子尺度调控Al-Mg-Si合金的性能，本文进一步对Mg2Si相的力热性能进行了计算，得到了Mg2Si相的平衡晶格常数、弹性系数、声子谱、态密度以及相关的热力学参量。通过计算得知：Mg2Si晶体刚性较好，脆性较强；Mg2Si晶体的声子谱中有9条色散关系曲线，其中3条为声学波，6条为光学波，并且频率在8.51THz附近的格波振动较强；Mg2Si晶体的焓、熵随着温度升高而增加；自由能随着温度的增加而减小；热容量在以下随着温度的增加而明显增加，在大于后热容量接近于常量。上述所得结论与物理规律是一致的。 本文的实验结果与计算结论为相关的理论及应用研究提供了有益的参考。
【关键词】：Al-Mg-Si合金 密度泛函理论及第一性原理 结合能 弹性模量 热力学参量
【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】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 铝合金简介10-11
• 1.1.1 纯铝概述10
• 1.1.2 铝合金的分类10-11
• 1.2 Al-Mg-Si 系变形铝合金分类与应用11-14
• 1.3 合金元素添加对 Al-Mg-Si 系合金性能的影响14-15
• 1.4 本课题目的、意义与工作设想15-17
• 1.4.1 本课题目的15
• 1.4.2 选题意义15
• 1.4.3 工作设想及目标15-17
• 第2章 Al-Mg-Si 合金的制备及结构表征17-26
• 2.1 实验材料及设备17
• 2.1.1 实验材料17
• 2.2 实验设备17
• 2.3 实验内容与方法17-20
• 2.3.1 Al-Mg-Si 合金的熔炼17-18
• 2.3.2 Al-Mg-Si 合金的热挤压18
• 2.3.3 Al-Mg-Si 合金的热处理与金相观察18-20
• 2.4 材料组织观察与性能测试20-21
• 2.4.1 透射电子显微镜简介20
• 2.4.2 透射电子显微镜样品制备20-21
• 2.5 时效过程合金中强化相演变规律21-26
• 2.5.1 Al-Mg-Si 铝合金时效过程强化相演变规律21
• 2.5.2 合金在 175℃时效 1h 下透射电镜显微组织分析21-23
• 2.5.3 合金在 175℃时效下 9h 透射电镜显微组织分析23-24
• 2.5.4 合金在 175℃时效 18h 下透射电镜显微组织分析24-26
• 第3章 密度泛函理论及 Materials Studio 软件26-35
• 3.1 多粒子体系的 Schr dinger 方程26-27
• 3.2 Born-Oppenheimer 近似27-28
• 3.3 Hartree-Fork 近似28-29
• 3.4 密度泛函理论29-30
• 3.4.1 Hohenberg-Kohn 定理29
• 3.4.2 Kohn-Sham 方程29-30
• 3.5 局域密度近似 (LDA)30
• 3.6 广义梯度近似(GGA)30-31
• 3.7 自洽场（SCF）计算方法31
• 3.8 赝势31
• 3.9 第一性原理31
• 3.10 Materials Studio 计算软件31-35
• 第4章 Al-Mg-Si 合金主要析出相的力热性能计算35-44
• 4.1 计算方法35
• 4.2 计算模型35-38
• 4.4 计算结果与分析38-40
• 4.4.1 平衡晶格常数38-39
• 4.4.2 生成热和结合能39-40
• 4.5 Mg_2Si 晶体力热性能的计算及分析40-44
• 4.5.1 Mg_2Si 晶体力学性能的计算及分析40-41
• 4.5.2 Mg_2Si 晶体声子谱与声子态密度的计算曲线及分析41-42
• 4.5.3 Mg_2Si 晶体的热力学性能的计算曲线及分析42-44
• 第5章 结论44-45
• 参考文献45-48
• 在学研究成果48-49
• 致谢49

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：779096