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Mg_2Y（Yb）强化相与AMgNi_4（A=Y，La，Ce，Pr和Nd）合金的理论研究

作　者: 王继伟
导　师: 唐壁玉
学　校: 湘潭大学
专　业: 凝聚态物理学
关键词: 第一性原理计算 AMgNi4合金 稳定性 力学性能 电子结构
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


纯金属镁虽有丰富的含量和各种优异的性能,如低密度、高的比强度和刚度、好的减震性和电磁屏蔽性等等,但因其活泼的化学性质,在室温或高温下较差的力学性能等方面的原因,极大地限制了它在现代工业上的应用。为了提高镁的性能尤其是高温下的力学性能,和满足工业上对结构材料的大量需求,对镁合金的研究探索已经成为开发轻质结构材料的热点,引起了实验和理论上的持续关注。虽然目前对稀土镁合金进行了大量的实验研究,但是对一些合金及合金中的相缺乏深入的了解,尤其对一些内在的作用机制还不是很明确,需要理论方面的研究指导。本文采用基于密度泛函理论之上的第一性原理计算的方法,对稀土镁合金中典型的C14型Mg2Y（Yb）强化相进行了理论上的计算,得到了与实验一致的结构参数。计算所得到的结合能表明Mg2Y（Yb）相,具有较强的结构稳定性,且Mg2Y相对Mg2Yb而言更稳定。对弹性常数及力学性质的计算分析表明Mg2Yb相比Mg2Y展示了好的塑性和各向同性,而Mg2Y比Mg2Yb相具有较大的弹性常数Cij和较好的刚度。接着,采用相同的计算方法对新型三元镁合金AMgNi4（A=Y, La, Ce, Pr和Nd）进行了结构参数、力学性质、电子结构等方面的研究。计算得到的平衡晶格常数与实验很好的一致,负的形成焓ΔH和结合能Ecoh表明这些合金有很强的稳定性。其次,计算结果指出YMgNi4合金在这些合金中有最大的弹性常数Cij、剪切模量G、体模量B和杨氏模量E,却有最小的泊松比υ和最差的韧性。再次,结果还表明三元合金AMgNi4（A=La, Ce, Pr和Nd）的弹性常数Cij、剪切模量G、体模量B、杨氏模量E以及G/B这些物理量的值,均随着元素A原子序数的增大而增大,而泊松比υ却是逐渐变小、韧性逐渐减弱,依次呈现规律性变化。为了得到稳定性以及力学性能的微观作用机制,本文还详细分析了这些合金的电子结构。本文还对MgCuSn和MgCu4Sn金属间化合物的结构、力学性能等进行了研究,结果表明此两者是结构稳定的,MgCu4Sn比MgCuSn有较大的弹性常数Cij、杨氏模量E、体模量B和剪切模量G,MgCuSn比MgCu4Sn有较好的塑性、韧性和各向同性。最后,分析了MgCuSn和MgCu4Sn化合物的电子态密度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 引言  9-17
  1.1 镁及镁的合金化介绍  9-12
    1.1.1 镁资源与基本物理性质  9
    1.1.2 镁的合金化  9-11
    1.1.3 镁合金的合金化特点  11-12
  1.2 镁合金的特点分类与应用  12-15
    1.2.1 镁合金的特点  12
    1.2.2 镁合金的分类  12-13
    1.2.3 镁合金的应用  13-15
  1.3 镁合金的理论研究  15
  1.4 本文研究的内容与意义  15-17
    1.4.1 本文研究的内容  15-16
    1.4.2 本文研究的意义  16-17
第2章 理论基础与方法  17-21
  2.1 密度泛函理论  17-19
  2.2 赝势与PAW 方法  19
  2.3 能量最小化和VASP 简介  19-21
第3章 C14 型Mg_2Y 和Mg_2Yb 强化相的稳定性和力学性质  21-29
  3.1 引言  21
  3.2 计算方法与参数设置  21-22
  3.3 计算结果与讨论  22-28
    3.3.1 平衡晶体结构  22-23
    3.3.2 弹性性质  23-26
    3.3.3 电子结构  26-28
  3.4 小结  28-29
第4章 新型AMgNi_4(A=Y, La, Ce, Pr 和Nd)合金的力学和电子性质  29-38
  4.1 引言  29
  4.2 计算方法与参数设置  29-30
  4.3 计算结果与讨论  30-36
    4.3.1 平衡结构性质  30-31
    4.3.2 弹性性质  31-33
    4.3.3 电子结构  33-36
  4.4 小结  36-38
第5章 Mg-Cu-Sn 三元金属间化合物的稳定性和力学性质  38-45
  5.1 引言  38
  5.2 计算方法与参数设置  38-39
  5.3 计算结果与讨论  39-44
    5.3.1 平衡结构性质  39-40
    5.3.2 弹性性质  40-43
    5.3.3 电子结构  43-44
  5.4 小结  44-45
第6章 总结与展望  45-47
参考文献  47-54
致谢  54-55
个人简介 攻读硕士学位期间发表的论文  55

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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