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《湘潭大学》 2010年
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稀土镁合金β'和β"以及6HLPS相的第一性原理研究

陈平  
【摘要】: 镁合金密度低、力学性能优异、电磁屏蔽能力强,在航空航天、交通运输、电子等领域具有重要的应用价值和应用前景。然而,镁合金绝对强度低、高温抗蠕变能力差,这些都大大限制了其应用。含稀土镁合金具有强度高、抗蠕变能力强和热稳定性好的优点,得到了材料研究者的广泛关注。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了稀土镁合金部分中间相的结构、力学和电子属性。所得主要结果如下: 1.理论上确定了Mg–Gd系合金中β'相的晶格参数,并计算了正交晶体9个独立的弹性常数。Mg15Gd不符合正交晶体的力学稳定性准则,是一种力学不稳定结构。采用Voigt–Reuss–Hill(VRH)近似,得到了Mg7Gd的多晶体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν。通过分析电子态密度和电荷密度,发现镁和钆之间形成了方向性的共价键。最后,还计算得到了Mg7Gd的密度、波速度和德拜温度。 2.通过理论计算,得到了Mg–Gd系合金中β"相的结构参数,从形成能的角度说明它是能够稳定存在的。计算的九个独立的弹性常数符合力学稳定性准则,并从单晶弹性常数得到了β"相的多晶体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν。从这些参数可以看出,它的力学性能并不十分优异。它的延展性较好,弹性各项异性行为也比较显著。同β'相一样,体系内也存在较强的方向性共价键。 3.理论上调查了Mg_(97)Zn_1Y_2合金系统中6H型ABACAB长周期堆垛(LPS)结构的微结构、稳定性和电子属性特征。Y和Zn原子在浓度较低时主要分布于层错缺陷层,这个结果与实验观察一致。Y和Zn原子倾向于紧密排列,这样可以抵消原子半径不同带来的应变,使的6H型结构能量上更稳定。通过计算不同固溶原子含量时的结合能,发现Y元素增强了6H结构的稳定性,在改善合金的抗蠕变能力方面起到了重要作用。Zn原子位于两个不匹配的层错层时将导致晶格畸变,进一步的分析表明Y和Zn原子紧密排列将会削弱了畸变的幅度。通过分析电子态密度和电荷密度,发现Mg原子和Y原子之间形成了较强的共价键,这将增加合金强度。Mg原子与Zn原子之间的杂化作用广泛而均匀存在,这对改善合金延展性有帮助。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.22

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