Mg24Y5和MgCu2中點(diǎn)缺陷的理論研究.pdf

1、鎂基合金作為新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。然而點(diǎn)缺陷強(qiáng)烈影響晶體材料的物理性質(zhì)因而使得鎂合金材料的應(yīng)用受到限制。實(shí)驗(yàn)上的缺陷鑒別是特別困難和間接的，所以缺陷理論的研究十分必要。第一性原理計(jì)算作為補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)的有效方法，成為了鎂合金中點(diǎn)缺陷的鑒定和表征的強(qiáng)大預(yù)測(cè)工具。因此，本文運(yùn)用GGA近似的密度泛函理論對(duì)Mg24Y5和MgCu2中點(diǎn)缺陷進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容如下:
　　1、運(yùn)用基于密度泛函理論

2、的第一性原理計(jì)算研究了Mg24Y5中可能存在的八種點(diǎn)缺陷，能量結(jié)果顯示:相對(duì)于空位缺陷，反位缺陷因較低形成能因而更容易形成。無(wú)論富Mg還是富Y環(huán)境，MgY1因具有最低的形成能而成為主要的缺陷類型，其次是YMg2，然后是MgY2，最后是YMg1，研究結(jié)果合理地解釋了Mg24Y5合金的富Mg非化學(xué)配比。對(duì)于空位缺陷而言，Mg晶格上的形成能小于Y晶格上的，且形成能最低的VMg1是最有可能形成的，而VY2因形成能最高所以是最不可能形成的，VY2

3、最高的形成能源于較大的原子尺寸失配和Y與周圍原子較強(qiáng)的相互作用。根據(jù)巨正則統(tǒng)計(jì)模型，分別得到了缺陷濃度作為溫度和組分的分布函數(shù)。進(jìn)一步討論了尺寸因素和電子結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明:在Mg24Y5合金這一典型體系中，較大的原子半徑差導(dǎo)致明顯的尺寸因素效應(yīng)，且Y原子與周圍原子間相互作用形成的電子因素也很強(qiáng)烈，這些尺寸因素和電子因素對(duì)點(diǎn)缺陷的形成和結(jié)果有著明顯影響。
　　2、采用第一性原理計(jì)算研究了C15Laves相MgCu2中的點(diǎn)缺陷。點(diǎn)

4、缺陷形成能和缺陷化合物的形成能都表明C15MgCu2中主要缺陷結(jié)構(gòu)分別是在富Mg下的MgCu反位缺陷和富Cu下的CuMg反位缺陷。通過(guò)巨正則統(tǒng)計(jì)模型獲得了缺陷濃度隨MgCu2組分變化的函數(shù)曲線。進(jìn)一步計(jì)算了缺陷附近的局域幾何變化并揭示了原子尺寸因素的影響。電子態(tài)密度和電荷分布表明從MgCu到VCu體系及從CuMg到VMg體系的穩(wěn)定性逐漸變?nèi)?。此外，還研究了含缺陷的MgCu2體系中Zn的摻雜，我們發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于Mg晶格，Zn在Cu晶格形成焓