溶質(zhì)原子對(duì)鎂固溶體合金層錯(cuò)的影響及鎂位錯(cuò)性能的研究.pdf

1、鎂合金作為一種優(yōu)異的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度高、電磁屏蔽能力強(qiáng)、易回收等優(yōu)點(diǎn),在很多領(lǐng)域如汽車(chē)、電子、航空航天等得到了廣泛的應(yīng)用。然而,其有限的延展性和高溫抗蠕變能力以及易燃等缺點(diǎn),阻礙了它在現(xiàn)代工業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展。為此,材料研究者們做了大量工作,發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬和稀土元素(RE)的加入可以使鎂合金的力學(xué)性能明顯增強(qiáng),而鎂合金力學(xué)性能與其缺陷如層錯(cuò)、位錯(cuò)密切相關(guān)。因此,理論研究溶質(zhì)元素對(duì)鎂合金層錯(cuò)的影響是很有必要的,而且研究鎂的

2、位錯(cuò)對(duì)提高鎂合金的綜合性能具有很重要的指導(dǎo)意義。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究了常見(jiàn)稀土元素(RE)和典型過(guò)渡金屬Zn對(duì)Mg固溶體層錯(cuò)和延展性的影響,此外還對(duì)純鎂位錯(cuò)位錯(cuò)核相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了研究。論文主要內(nèi)容如下:
　　1.根據(jù)密度泛函理論,研究了稀土元素如鐠(Pr),釹(Nd),釓(Gd),鋱(Tb)和鏑(Dy)對(duì)鎂合金基面四種層錯(cuò)的影響,從廣義層錯(cuò)能面/線發(fā)現(xiàn):這些稀土元素明顯的降低了純鎂的層錯(cuò)能,且隨稀土原子序

3、數(shù)增大,降低的效果越來(lái)越弱。加入稀土元素后,Mg-RE固溶體合金的I2層錯(cuò)能降低,導(dǎo)致層錯(cuò)構(gòu)型更加穩(wěn)定,延展性變好。γis/γus比值表明稀土元素的加入促進(jìn)了位錯(cuò)分解。最后,通過(guò)電子結(jié)構(gòu)分析進(jìn)一步揭示了稀土原子對(duì)鎂固溶體合金層錯(cuò)影響的內(nèi)在機(jī)制,發(fā)現(xiàn)層錯(cuò)能的降低與電荷轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。
　　2.利用第一性原理的方法計(jì)算了Y、Zn對(duì)Mg-Y-Zn固溶體合金的I1和I2層錯(cuò)的影響,結(jié)果表明:單個(gè)Y原子和單個(gè)Zn原子對(duì)鎂固溶體穩(wěn)定和不穩(wěn)定層錯(cuò)

4、能作用效果相反,而Y和Zn的同時(shí)加入將使穩(wěn)定和不穩(wěn)定層錯(cuò)能降低得更多。對(duì)I2層錯(cuò)研究表明,Y、Zn的同時(shí)加入使層錯(cuò)構(gòu)型更加穩(wěn)定,使延展性變好。γis/γus比值表明Y,Zn的加入促進(jìn)了位錯(cuò)分解。最后,通過(guò)電子結(jié)構(gòu)分析,進(jìn)一步揭示了層錯(cuò)能的大大降低是由于Y-Zn之間較強(qiáng)的共價(jià)鍵使滑移面間相互作用增強(qiáng)造成的。
　　3.利用基于廣義層錯(cuò)能曲線的Peierls-Nabarro模型計(jì)算了鎂在(0001)<1010>、(0001)<1120>