Mg2Y(Ca)和tI26型Mg12RE合金的彈性性能與電子結構研究.pdf

1、近年來，由于鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度、良好的電磁屏蔽性能、低毒性以及優(yōu)異的機械加工性、鑄造性和再循環(huán)能力等優(yōu)點，因而在航空、航天工業(yè)領域得到了廣泛的應用。然而，鎂合金在現代工業(yè)中的應用仍然受到了很大的局限性，特別是在高溫下具有較差的抗蠕變性、耐腐蝕性、以及阻燃性等。因此改善現有的鎂合金已經成為了必然的趨勢，而且有關其力學性能的研究也成了在材料性能模擬領域很重要的一個課題。添加稀土元素被認為是改善鎂合金力學性能的最有效的方法之

2、一。在本論文中，采用了基于密度泛函理論的第一性原理計算方法研究了Mg2Y(Ca)和tI26型Mg12RE合金的彈性性能和電子性質。得到的主要結論如下所示：
　　 1.優(yōu)化所得的Mg2Ca和Mg2Y的晶格常數與已有的實驗值非常吻合。形成焓為負數表明了這兩個相均具有結構穩(wěn)定性，且Mg2Ca更穩(wěn)定一些。計算了五個獨立的彈性常數，其結果表明：Mg2Ca和Mg2Y均具有力學穩(wěn)定性。然后通過Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似計算

3、得到了多晶的體模量B，剪切模量G，楊氏模量E以及泊松比v，并進一步討論了Mg2Ca和Mg2Y的力學性能。接著詳細的研究了這兩個相的彈性各向異性，結果指出了它們均具有較小的彈性各向異性。最后根據電子態(tài)密度和電荷密度分布的分析，揭示了Mg2Ca具有較高的穩(wěn)定性可能歸因于形成了較強的方向性共價鍵。
　　 2.采用了第一性原理方法詳細的研究了tI26型Mg12RE(RE=Ce，Pr，Nd)的晶體結構、彈性性能以及電子結構。計算所得的Mg

4、12RE(RE=Ce，Pr，Nd)的晶格參數與已有的實驗值非常一致。通過形成焓的計算，發(fā)現隨著RE的原子序數的增加Mg12RE合金的穩(wěn)定性逐漸降低。然后計算了彈性常數以及利用Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似得到了多晶彈性模量B，G，E以及泊松比v的值，其結果表明了隨著RE的原子序數的增加，Mg12RE的B，G，E直逐漸增大，且均表現為脆性材料。接著采用了3D表示方向依賴、ab和bc(ac)平面投影等方法更加深入地研究了3維