立方結構鎂合金的力學與阻燃性質.pdf

1、鎂合金作為最輕的結構材料,已應用到3C行業(yè)、交通運輸業(yè)及航空航天業(yè)中。與鋁合金等材料相比,鎂合金的應用還是非常有限的,這主要是由兩大原因造成的:鎂合金力學性能差;鎂合金易氧化腐蝕。研究表明:添加稀土元素不僅能夠增強鎂合金的力學性質,還可以改善鎂合金的阻燃性質。然而,目前大部分關于稀土鎂合金的工作僅限于實驗研究,稀土元素在鎂合金中的作用機理還不是很清楚。
　　第一性原理已成為計算固體及表面性質的有效工具。論文主要分為兩大部分:第一部

2、分詳細計算了幾種典型立方結構鎂合金的結構、電子和力學性質;第二部分計算了氧原子在Mg3Nd(001)面吸附的能量、吸附結構及電子態(tài)密度。論文主要包括以下內容:
　　(1)采用第一性原理方法計算了Mg3Gd,Mg3Gd0.5Y0.5及Mg3Zn3Y2的結構、電子和力學性質。結果表明:添加 Y元素能起到細化鎂合金晶粒的作用(0.35％);結合能、形成能和電子態(tài)密度的計算結果表明,Mg3Zn3Y2合金具有較強的結構穩(wěn)定性,且歸因于費米能

3、級以下較多的價電子數目。計算得到的合金的彈性常數(C11, C12和C44)及彈性模量(剪切模量G,楊氏模量Y,泊松比?和各向異性因子A),在此基礎之上進一步討論了材料的力學性質。
　　(2)采用第一性原理方法計算了 Mg17Al12和 Mg24Y5的結構、電子和力學性質。計算得到的晶格常數與實驗值非常吻合。合金的結合能和形成能的計算結果表明:與Mg17Al12,合金相比,Mg24Y5合金具有較強的結構穩(wěn)定性和合金化能力。首先計算

4、得到了合金的彈性常數(C11, C12及C44),然后計算得到合金的彈性模量(G, Y,?及A),最后對材料的韌性及延展性等力學性質進行了討論。
　　(3)采用密度泛函理論計算了最穩(wěn)定的 Mg3Nd(001)吸附面以及氧吸附后的結構和電子性質。結果表明,最穩(wěn)定的吸附點為(2Nd+Mg)空位,且隨著覆蓋率的增大,吸附能大致呈下降趨勢。在低覆蓋率(0.125ML,0.25ML)情況下,Mg原子背離O原子的方向弛豫,而Nd原子向著O原子

5、方向弛豫而最終成為O原子最近臨原子。當覆蓋率增大至1ML時,從結果分析可知O原子陷入金屬表面。通過分析電子態(tài)密度可知:在低覆蓋率下吸附體系的總態(tài)密度主要來源于O原子的2p軌道和Nd原子的5d軌道的雜交;在高覆蓋率的情況下(0.5ML和1ML),Mg原子的3s軌道和O原子的2p軌道開始雜交起來,我們推測這也可能是0.5ML下的吸附能比0.25ML的略高出0.014eV/atom的原因。通過以上的分析可以預測:在氧化的過程中,大量Nd原子向