Mg晶體與Mg合金(Al、Zn、Mn摻雜)滑移的第一性原理研究.pdf

1、Mg是密度比較小的金屬材料，密度僅有Al的2/3，鐵的1/4左右，是比較重要的輕型材料之一。由于材料比較輕，從而使Mg及其合金在輕量化方面具有難以替代的地位。另外，Mg合金的比強(qiáng)度、比剛度也非常高，具有易于回收利用的優(yōu)良特性，使它在航天、汽車的領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。然而，Mg及Mg合金是密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)，它的對(duì)稱性低（c/a=1.624），能夠滑移的面少，常溫下只有基面提供的兩個(gè)獨(dú)立滑移系，不能達(dá)到Von-Mises準(zhǔn)則中五個(gè)獨(dú)立滑移

2、系的需求。因此導(dǎo)致在常溫下Mg合金的可塑性差，不易變形，這就限制了它的應(yīng)用。另外，Mg是比較活潑的金屬，導(dǎo)致它的抗腐蝕能力差，雖然Mg合金的比強(qiáng)度較高，但仍然比Al合金強(qiáng)度要低，因此研究Mg合金塑性變形的本質(zhì)，尋找改善變形Mg合金塑性和韌性的方法，提高M(jìn)g合金抗腐蝕能力，為最終Mg合金開發(fā)、設(shè)計(jì)以及加工提供理論指導(dǎo)具有重要的意義。
　　本文主要運(yùn)用基于密度泛函的第一性原理，利用VASP軟件計(jì)算了Mg單晶、Mg-Al、Mg-Zn、M

3、g-Mn二元合金和Mg-Al-Zn三元合金中的層錯(cuò)能。首先計(jì)算了基面不同尺寸超胞的本征層錯(cuò)能和不穩(wěn)定層錯(cuò)能，確定采用1×2×12的超胞進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算了Mg單晶的4個(gè)主要的滑移面(基面{0001}<11(2)0>、柱面{10(1)0}<11(2)0>以及Ⅰ型錐面{10(1)1}<11(2)0>和Ⅱ型錐面{11(2)2}<11(2)3>）的廣義層錯(cuò)能、電荷密度和態(tài)密度，分析發(fā)現(xiàn)基面最易滑移，Ⅱ型錐面最難滑移，柱面和Ⅰ型錐面滑移難度相差不大。

4、并利用電荷密度圖和態(tài)密度圖分析了不同軌道之間電子的雜化現(xiàn)象。另外由于元素?fù)诫s可以提高鎂合金的塑性，因此本文計(jì)算了Al、Zn、Mn原子分別替位摻雜Mg原子后的層錯(cuò)能、電荷密度和態(tài)密度，分析發(fā)現(xiàn)Zn元素最能降低層錯(cuò)能，Mn次之，Al最差，并通過電荷密度圖和態(tài)密度圖分析了Mg-Al、Mg-Zn合金電子的轉(zhuǎn)移和軌道的雜化現(xiàn)象。利用廣義層錯(cuò)能權(quán)重模型，計(jì)算各滑移面的平均層錯(cuò)能。最后本文計(jì)算了Mg-Al-Zn三元Mg合金的層錯(cuò)能，由于雙元素替位摻雜