Mg-La合金與6H型Mg-,97-Y-,2-Zn-,1-合金長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、鎂合金是最輕的結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、易于回收利用等優(yōu)良性能。在過(guò)去的十幾年，鎂合金已經(jīng)取代許多[鋅、鋁、鑄鐵和鋼]等材料，廣泛用于航空航天、汽車和電子等行業(yè)，并且將得到更為廣泛的應(yīng)用。大量研究表明，在鎂合金當(dāng)中加入稀土元素可以明顯改善鎂合金的機(jī)械性能。La元素作為稀土元素中的一種代表性元素添加到鎂合金中可以增加合金的機(jī)械強(qiáng)度，提高合金在室溫及高溫下的時(shí)效硬化性能，強(qiáng)化合金的抗腐蝕性能。同時(shí)，Mg–La合金還具備更好的高溫力學(xué)性

2、能以及優(yōu)異的抗蠕變性能等。然而，對(duì)于Mg–La合金的研究目前只停留與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，沒(méi)有理論上對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和電子特性的研究，本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法首先研究了Mg–La合金在不同形態(tài)結(jié)構(gòu)下的晶體及電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算所得到的晶格常數(shù)很好的吻合了實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)。相關(guān)能計(jì)算表明Mg–La合金中隨著La元素的增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。形成焓結(jié)果表明Mg3La，Mg2La和 MgLa的合金性能要明顯高于Mg12La和Mg17La2。合金能帶和態(tài)密度

3、的研究發(fā)現(xiàn)合金中成鍵電子主要是 Mg的3s,2p電子和La的5d,4f電子，費(fèi)米能級(jí)以下的成鍵數(shù)對(duì)合金結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起著重要作用。
　　 最近，Kawamure課題組成功應(yīng)用快速凝固粉末冶金法制備出Mg97Y2Zn1合金，和Mg-Y相比，Mg97Y2Zn1合金具有更高的抗蠕變性能。合金的優(yōu)異性能被認(rèn)為是由于穩(wěn)定的納米晶微結(jié)構(gòu)的存在。納米晶微結(jié)構(gòu)主要由直徑100-200 nm的hcp(2H)-Mg（α-Mg）基體精細(xì)晶粒、LPSO結(jié)構(gòu)

4、及小于10 nm的細(xì)晶粒（如Mg24Y5）組成。為了詳細(xì)的研究LPSO的結(jié)構(gòu)、微觀機(jī)制以及晶格畸變，本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了Mg97Y2Zn1合金的6H型LPSO結(jié)構(gòu)。文中首次采用理論方法闡述了Zn和Y原子在合金中的排列規(guī)則和取代的精確位置，并且研究了晶體的幾何結(jié)構(gòu)變化。針對(duì)實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到晶格畸變現(xiàn)象，我們通過(guò)計(jì)算的方法揭示了2％或是更高含量的Zn元素是導(dǎo)致a和c矢量不垂直、而是成是88.1°夾角的原因，從而形成晶格