Al4RE和Al2REZn2(RE=La,Ce)彈性性能的第一性原理研究.pdf

1、鎂合金由于其低密度、高的比強度和硬度近來在汽車工業(yè)上的減重方面獲得了越來越多的研究興趣。然而在室溫下的低強度、差的可成形性和有限的延展性,限制了它的廣泛的應(yīng)用。為改善鎂合金性能,一系列耐熱Mg-Al基合金已被廣泛研究。耐熱鎂合金最近的研究主要集中在通過減少Al量到相對低的水平并在合金中加入第三種元素,如Si、稀土和堿土金屬,來改善傳統(tǒng)的Mg-Al基合金,以便在合金中抑制β-Mg17Al12相的形成,以及高的熱穩(wěn)定性的Mg合金和Al合金的

2、顆粒的形成,從而改善合金的耐熱性。對于ZAE674合金,除了Al2REZn2和Al4RE相的形成,τ-Mg32(Al,Zn)49也能在合金中被找到。作為重要典型相,Al2REZn2和Al4RE的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能能夠在Al基合金的發(fā)展和設(shè)計上提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。Ce是重要和關(guān)鍵的稀土元素,因此,非常有必要深入研究Al4Ce和Al2CeZn2的彈性性能。
　　本文第三章運用第一性原理研究了Al4Ce相和Al2CeZn2相的結(jié)構(gòu)和彈性性能。結(jié)果

3、顯示,隨著部分的Al被Zn取代,Al2CeZn2的晶格常數(shù)a與Al4Ce相比減小,而c增大,且Al2CeZn2形成焓更低,熱力學(xué)穩(wěn)定性更高。通過能量應(yīng)變關(guān)系擬合得到六個獨立的彈性常數(shù)。采用Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似得到體積模量B,剪切模量G,楊氏模量E和泊松比v。得到的彈性常數(shù)表明,Al4Ce和Al2CeZn2都是力學(xué)穩(wěn)定的。除了C66,Al2CeZn2的彈性常數(shù)Cij都比Al4Ce小。相應(yīng)地,Al2CeZn2的體積

4、模量和剪切模量也較低,表明外加應(yīng)力下體積形變和對剪切形變阻力更小。盡管兩種相都是脆性的,但是Al2CeZn2比Al4Ce更軟。Al2CeZn2的彈性各向異性比Al4Ce小。此外,還計算了德拜溫度,并通過研究態(tài)密度和電荷密度研究了電子結(jié)構(gòu)以揭示Al2CeZn2和Al4Ce彈性性能的內(nèi)在機理。
　　本文第四章運用第一性原理研究了Al4La相和Al2LaZn2相的結(jié)構(gòu)和彈性性能。結(jié)果顯示,隨著部分的Al被Zn取代,Al2LaZn2的晶格

5、常數(shù)a與Al4La相比減小,而c增大,且Al2LaZn2形成焓更低,熱力學(xué)穩(wěn)定性更高。通過能量應(yīng)變關(guān)系擬合得到六個獨立的彈性常數(shù)。采用Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似得到體積模量B,剪切模量G,楊氏模量E和泊松比v。得到的彈性常數(shù)表明,Al4La和Al2LaZn2都是力學(xué)穩(wěn)定的。除了C12和C13,Al2LaZn2的彈性常數(shù)Cij都比Al4La大。Al2LaZn2的體積模量和剪切模量也較大,表明外加應(yīng)力下體積形變和對剪切形