Mg-Al-Si合金中Mg2Si相的變質機理研究.pdf

1、為了系統(tǒng)闡釋Mg-Al-Si合金中Mg2Si相的變質機理,采用Al-10wt.％Sr中間合金對Mg-6Al-1.5Si合金進行變質處理,從實驗角度研究Sr元素對Mg2Si形態(tài)的影響并探討Sr元素對Mg2Si相的作用機制。同時,運用基于密度泛函理論的第一原理方法,從 Mg2Si和 Al4Sr的體相性質和表面性質研究出發(fā),構建Al4Sr(100)/Mg2Si(100)異質形核界面模型,揭示鎂合金中的Mg2Si相在Al4Sr基底上的原子堆垛規(guī)

2、律,闡明了 Al4Sr作為 Mg2Si異質核心的潛力,為 Mg-Al-Si合金中Sr元素對Mg2Si相的變質行為提供理論依據。研究得出的主要結論有:
　　Mg-6Al-1.5Si合金經過0.5wt.%Sr變質處理后,合金中Mg2Si相的組織形態(tài)發(fā)生了很大改變。塊狀的初生 Mg2Si由變質前的不規(guī)則多邊形轉變?yōu)樾螤罹鶆虻姆叫魏蜕倭咳切?而漢字狀的共晶 Mg2Si相變得更為細小。通過能譜分析發(fā)現,塊狀Mg2Si相的內部存在含Al、S

3、r的化合物,推斷該化合物為Al4Sr,同時,還有富余的Sr元素存在。Sr對初生Mg2Si相變質的機理不僅存在異質形核作用,同時還存在Sr元素偏析引起的Mg2Si晶體生長方式的改變。
　　Mg2Si(100)面的弛豫作用主要發(fā)生在表面結構的前三層。對于Mg終止表面,表面層厚度大于11層時表面結構的層間距變化趨于收斂。而S i終止表面,超過9層時層間距變化逐漸趨于穩(wěn)定。表面能計算結果表明,Mg終止的Mg2Si(100)表面在熱力學上比

4、Si終止表面更穩(wěn)定。對Mg2Si(100)表面電子結構的分析結果表明,Mg終止表面具有金屬/共價鍵的共同作用,而Si終止表面是良好的半導體材料,其內部存在共價鍵。
　　Al4Sr(100)表面的弛豫主要發(fā)生在前三層,弛豫現象在 Al4Sr(100)面內部并不明顯。表面能計算結果表明,Sr終止表面在結構上比 Al終止更穩(wěn)定。對Al4Sr(100)表面表面電子結構的分析結果表明,Al4Sr(100)表面存在金屬/共價鍵作用。
　

5、　Al4Sr(100)/Mg2Si(100)界面存在四種不同的構造類型,Al-Mg界面的界面間距最低,Al-Si界面次之,這表明Al-Mg之間比Al-Si更易形成化學鍵;Al-Si界面的結合能高于Al-Mg界面,從能量角度上來說Al-Si構成的界面比Al-Mg界面結合強度更高。對Al4Sr(100)/Mg2Si(100)界面的電荷密度圖和差分電荷密度圖進行分析,發(fā)現 Al-Mg和 Al-Si界面處均形成了極性共價鍵?？傮w而言,Al-Si