外應力場下AL-Cu合金析出相界面的第一性原理研究.pdf

1、應力場在時效中對析出相的慣析面、尺寸、分布、形態(tài)和密度等具有極為重要的影響。本文利用第一性原理計算與界面熱力學，以Al-Cu二元合金為例，在已有高分辨電鏡觀測的界面信息的基礎上，系統(tǒng)研究了共格、半共格和非共格界面性質隨溫度，Cu活度的變化;深入研究了共格和半共格界面在應力時效過程中隨不同應變方式的變化，分析探討了溫度、應變對界面能的綜合影響，從能量學角度一定程度上揭示了應力時效機制。研究結果表明:
　　(1)采用第一性原理計算方法

2、研究了Al的低指數表面穩(wěn)定性，表面能大小順序為:(110)＞(112)＞(100)＞(111)。
　　(2)對所有計算界面結構弛豫，θ"共格界面(θ"-CI)上Cu原子容易處在Al形成的hollow位附近;θ'Cu富余界面(θ' Cu-CI)和常規(guī)θ'共格界面上Cu原子則更容易處在Al-Al bridge位附近;θ'半共格界面(θ'SCI)上Cu原子容易處在Al的top位附近。θ非共格界面結構弛豫后都存在較大的晶格畸變，界面原子在

3、X-Y-Z三個方向上都有所偏移。
　　(3)隨著溫度的升高，共格界面能會逐漸增大，且θ'富銅界面能對溫度最敏感，界面的穩(wěn)定性較差。在相同溫度下，θ"-CI、θ'Cu-CI和θ'-CI界面能依次升高，對應著三種界面出現所需能量依次增大。另外，隨著Cu活度的增加，探討了不同相界面環(huán)境選擇性生長行為，說明不同界面結構會隨溫度和Cu活度的變化而變化。從界面能量學上，找到了Al-Cu合金中各析出相界面從θ"到θ'、再到θ依次出現的原因。

4、r>　　(4)利用界面粘附功(Wad)和界面分離功(Wsep)描述界面結合性能。θ"共格界面具有最大的粘附功(～2.6J/m2)，θ'半共格界面的粘附功(1.52J/m2)最低。界面發(fā)生斷裂時，θ"發(fā)生在Al端，分離功最大，為2.12J/m2，θ'半共格界面發(fā)生在界面處，分離功最小僅1.71J/m2。
　　(5)應變（應力）時效中，Al-Cu合金中Cu活度系數γCu會受到應變和溫度共同的影響。隨著應變的增加或溫度的升高，γCu都會

5、增大。隨著應變量的增加，γCu對溫度的敏感性會下降;同樣的，γCu對應變的敏感性會隨著溫度的升高而下降。
　　(6)共格界面能隨應變量增加而減小。溫度升高，共格界面穩(wěn)定性下降，不利于其形成;而引入應變場可以抵消溫度的影響，降低界面能，從而促進θ"和θ'相的析出。
　　(7)相同下，共格界面中始終是θ"界面能最低，θ'相中富銅界面能次之，常規(guī)θ'界面能最高?？梢灶A見，在應變/應力時效中也是θ"首先析出，然后θ'相中富銅界面和常