立方結(jié)構(gòu)鎂合金的力學(xué)與阻燃性質(zhì).pdf

1、鎂合金作為最輕的結(jié)構(gòu)材料,已應(yīng)用到3C行業(yè)、交通運(yùn)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(yīng)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(xué)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(qiáng)鎂合金的力學(xué)性質(zhì),還可以改善鎂合金的阻燃性質(zhì)。然而,目前大部分關(guān)于稀土鎂合金的工作僅限于實(shí)驗(yàn)研究,稀土元素在鎂合金中的作用機(jī)理還不是很清楚。
　　第一性原理已成為計(jì)算固體及表面性質(zhì)的有效工具。論文主要分為兩大部分:第一部

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

3、級(jí)以下較多的價(jià)電子數(shù)目。計(jì)算得到的合金的彈性常數(shù)(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(chǔ)之上進(jìn)一步討論了材料的力學(xué)性質(zhì)。
　　(2)采用第一性原理方法計(jì)算了 Mg17Al12和 Mg24Y5的結(jié)構(gòu)、電子和力學(xué)性質(zhì)。計(jì)算得到的晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)值非常吻合。合金的結(jié)合能和形成能的計(jì)算結(jié)果表明:與Mg17Al12,合金相比,Mg24Y5合金具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合金化能力。首先計(jì)算

4、得到了合金的彈性常數(shù)(C11, C12及C44),然后計(jì)算得到合金的彈性模量(G, Y,?及A),最后對(duì)材料的韌性及延展性等力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了討論。
　　(3)采用密度泛函理論計(jì)算了最穩(wěn)定的 Mg3Nd(001)吸附面以及氧吸附后的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。結(jié)果表明,最穩(wěn)定的吸附點(diǎn)為(2Nd+Mg)空位,且隨著覆蓋率的增大,吸附能大致呈下降趨勢(shì)。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(dāng)覆蓋率增大至1ML時(shí),從結(jié)果分析可知O原子陷入金屬表面。通過(guò)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(lái)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(kāi)始雜交起來(lái),我們推測(cè)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(guò)以上的分析可以預(yù)測(cè):在氧化的過(guò)程中,大量Nd原子向