堿土金屬摻雜Mg2Si及Mg-X(X=Sr,Bi,Sb)合金金屬間化合物性能的第一性原理研究.pdf

1、鎂合金是21世紀(jì)工程結(jié)構(gòu)材料中最輕質(zhì)的合金，具有比剛度和比強(qiáng)度高，韌性好，阻尼減震性強(qiáng)，電磁屏蔽效果好，回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)被廣泛的應(yīng)用于生活中各個(gè)領(lǐng)域。但是它的強(qiáng)度和高溫力學(xué)性能不佳，耐腐蝕性弱會(huì)大大限制它的應(yīng)用范圍。當(dāng)今世界資源和能源相對(duì)短缺，我國(guó)作為世界上鎂儲(chǔ)量最為豐富的國(guó)家，應(yīng)該從改善這些缺點(diǎn)入手，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，加速鎂及其合金的開發(fā)和利用。合金化是改善鎂合金性能最常用的也是最基本的方法，因此了解鎂合金中合金相即固溶體和金

2、屬間化合物的作用機(jī)理是非常必要的。本文所研究的合金元素為Ca、Sr、Ba、Bi,和,Sb。
　　本文采用第一性原理平面波贗勢(shì)方法分析了合金元素X(X=Ca、Sr、Ba)摻雜Mg2Si的三種占位情況。由合金系Mg7Si4X，Mg8Si3X，Mg8Si4X的形成熱和結(jié)合能知，Mg7Si4X更容易形成穩(wěn)定的化合物，而且合金化能力最強(qiáng)。研究Mg7Si4X的彈性模量發(fā)現(xiàn)：Mg7Si4Ca、Mg7Si4Sr為脆性相；Mg7Si4Ba為延性相，

3、塑性最好；摻雜 Ca，Sr，Ba使Mg2 S i逐漸由脆性向韌性轉(zhuǎn)變。此外，從電子結(jié)構(gòu)方面分析了摻雜合金元素后合金相的成鍵作用以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　計(jì)算并分析了Mg-Sr二元合金中金屬間化合物Mg2Sr，Mg17Sr2和Mg23Sr6的彈性性能、熱穩(wěn)定性以及電子結(jié)構(gòu)。結(jié)合能的結(jié)果表明隨著 Sr原子濃度的增加，M g-Sr合金相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。彈性模量的計(jì)算結(jié)果顯示：Mg2Sr和Mg23Sr6是脆性材料, Mg17Sr2為延性

4、材料，Mg17Sr2的塑形最好，其次為 Mg2Sr，最后為 Mg23Sr6。維氏硬度的大小順序?yàn)椋篗g23Sr6,?Mg2Sr?Mg17Sr2。隨著Sr含量的增加，晶體偏離各向同性的程度減小。熱力學(xué)性質(zhì)結(jié)果為：在298-1000K范圍內(nèi)合金相的熱穩(wěn)定性隨Sr含量的增加而減小。從電子結(jié)構(gòu)方面比較了三種金屬間化合物的共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵的強(qiáng)弱關(guān)系。
　　研究了壓力對(duì)六方D52結(jié)構(gòu)Mg3X2(X=Sb，Bi)化合物結(jié)構(gòu)、彈性性質(zhì)、熱力

5、學(xué)性能以及電子結(jié)構(gòu)的影響。形成熱和結(jié)合能的計(jì)算結(jié)果表明：0K和0GPa下Mg3Sb2和Mg3Bi2具有彈性穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算得出了P-V狀態(tài)方程、彈性模量（體積模量B、剪切模量G、楊氏模量E）、泊松比ν和德拜溫度ΘD與壓力的關(guān)系并進(jìn)行了詳細(xì)討論。體積模量B隨壓力的增加而增加，剪切模量G，楊氏模量E和德拜溫度ΘD則呈先上升后逐漸下降的趨勢(shì)。G/B和泊松比ν的值表明Mg3Sb2和Mg3Bi2是延性相，具有良好的塑性。此外，當(dāng)壓力增加時(shí)，延展性和