Al、Zn、Cd對MG-Li合金界面結(jié)構(gòu)及性能影響的第一性原理研究.pdf

1、目前，隨著科技的發(fā)展，對新型產(chǎn)品的性能及結(jié)構(gòu)提出更高的要求，不僅性能良好，而且對于一些產(chǎn)品要求輕質(zhì)便攜，所以近年來具有超輕特性的Mg-Li合金受到了極大的關(guān)注，但Mg-Li合金本身強(qiáng)度低、耐腐蝕性差等限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，目前添加合金元素仍是改善Mg-Li合金性能的有效方法之一。理論研究方面多采用基于密度泛函理論第一性原理計算進(jìn)行研究，使用該方法的好處是理論計算時只從研究目的材料的原子組成、數(shù)量及空間排列方式出發(fā)來研究計算材料的特性，可詳細(xì)

2、的研究能量學(xué)和電子層次的相關(guān)問題，使新材料的研發(fā)更具有方向性、前瞻性。鑒于目前合金化元素對Mg-Li合金相界面結(jié)構(gòu)在原子層次的作用機(jī)制尚不完全清楚，本文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理超軟贗勢平面波方法，研究了Al、Zn、Cd單原子及復(fù)合合金化對Mg-Li合金中α-Mg/β-Li相界結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)合能力的影響及Al對具有BCC結(jié)構(gòu)的β-Li孿晶結(jié)構(gòu)形變能的影響，具體研究內(nèi)容如下:
　　 (1)Al、Zn、Cd固溶于α-

3、Mg、β-Li和α-Mg/β-Li時形成的固溶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。當(dāng)Al、Zn、Cd置換α-Mg/β-Li結(jié)構(gòu)的單一Mg原子時，Zn、Cd均可提高界面的結(jié)合力且占位的影響不明顯;而當(dāng)Al在α-Mg相內(nèi)時能增大體系的結(jié)合能力，而處于相界或β-Li晶內(nèi)時則起到相反的作用。
　　 (2)Al、Zn、Cd分別置換α-Mg/β-Li界面結(jié)構(gòu)中的兩個Mg原子時，強(qiáng)化效果較為明顯，即復(fù)合合金化對結(jié)合強(qiáng)度的改善效果較單一原子合金化作用效果強(qiáng)。態(tài)密度和

4、電荷密度分析來看結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的增強(qiáng)主要是由于Al-3s3p軌道電子、Zn-3d、Cd-4d軌道電子貢獻(xiàn)產(chǎn)生了新的成鍵峰，以及Mg-2p3s軌道及Li-2s軌道電子在費(fèi)米能級處共同作用的結(jié)果。
　　 (3)環(huán)境敏感鑲嵌能的計算結(jié)果表明Zn、Cd比Al更容易偏聚于相界面。
　　 (4)Al固溶于β-Li孿晶結(jié)構(gòu)后均使整個體系的能量降低，即有利于提高體系的穩(wěn)定性，并且Al取代Li比取代Mg具有更低的能量;含Al的β-Li孿晶結(jié)構(gòu)