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《昆明理工大学》 2012年
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合金元素对镁铝锌合金中间相稳定性影响的第一性原理研究

陈蓉  
【摘要】:运用第一性原理计算AZ系列合金中发现的中间相Al2Mg三种laves相的电子结构、力学性质,对三种相结构的热力学稳定相进行了深入探讨,通过模拟掺杂计算得出最佳的掺杂元素及成分比例。在此基础上,通过实验制备Mg-Al-Zn合金,对合金进行时效析出动力学分析、力学性能分析,最后通过透射电镜和能谱等实验手段确定时效析出过程中的结构转变,析出相与基体的位相关系,探索时效析出过程中不同温度,不同时效时间对析出动力学的影响,并从电子-原子层次解释过渡相的形成过程。 通过模拟计算C14, C15, C36的等电荷密度图,可以直观看出原子间的相互作用形式及强弱。Al-Al是奇偶共价键结合,Mg-Al是离子键结合,Mg-Mg金属键结合。键能强弱顺序分别为:共价键离子键金属键,对三种laves相的生成焓、结合能以及电子结构进行对比发现,相稳定性排列顺序显示为C14C15C36。 对稳定性较好的C14结构进行合金元素掺杂模拟,合金元素分别为Ca、Ni、Cu、 Sr、Pd、Ag、Cd、Sn、Zr、Ba、Pt、Au、Hg、Ir, C14晶胞结构中有12个原子,化学式为Al8Mg4。这些合金元素和A12Mg均为置换型固溶体,在建模中,掺杂通过置换Mg原子或Al原子的晶胞位置来实现,置换后化学式为Al8Mg3X, A17Mg4X (X为Ca、Ni、Cu、Sr、Pd、Ag、Cd, Sn、Zr、Ba、Pt、Au、Hg、Ir),比较这14种结构模型的结构稳定性,经过几何优化和能量计算,生成焓、结合能和晶胞能的结果显示为:合金元素为Cu、Ni时,合金的热力学稳定性较好。 运用第一性原理计算弹性常数结果为:根据G/B小于0.5,则材料呈延性(金属键越强);C14结构的G/B值为0.328,呈现为塑性且金属键最强,C15结构的G/B值为0.743呈现为脆性,金属键最弱,C36结构的G/B值为0.495,接近于临界值0.5,材料呈现微塑性。C11-C12,E越小,Posson比越大,材料塑性越好;B越大,材料相应平均价键强度越强;E与G的值越大,材料的硬度越高;对于金属键,Cauchy压力(C12-C44)为正,数值越大表示金属键越强,材料的延展性越好,而对于具有强方向性的共价键,Cauchy压力为负,材料表现为脆性。 按照计算出的合金元素及成分比例进行熔炼制备,将样品线切割为φ20mm×10mm,进行420℃固溶处理,随后进行3min-1080min时效处理,通过对合金时效后电导率差值的变化曲线、高分辨透射电镜的分析结果推测:掺杂合金元素使早期时效产物Al2Mg稳定存在,稳定的析出相的类型及晶体学关系有待进一步研究。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG131

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【参考文献】
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