本文關(guān)鍵詞：Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金位錯(cuò)芯區(qū)電子結(jié)構(gòu)及磁場(chǎng)作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu(7xxx系)高強(qiáng)鋁合金被廣泛應(yīng)用于航空航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域,其內(nèi)的位錯(cuò)及主要增強(qiáng)相對(duì)該系鋁合金的組織和性能有著極其重要的影響。量子力學(xué)作為描述微觀世界電子運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律和研究材料宏觀物性的理論基礎(chǔ),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于材料設(shè)計(jì)、物性研究等方面。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理方法,計(jì)算了Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金內(nèi)無(wú)缺陷區(qū)及位錯(cuò)芯區(qū)的電子結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步研究了磁場(chǎng)對(duì)無(wú)缺陷區(qū)及位錯(cuò)芯區(qū)電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。以含位錯(cuò)鋁晶體為研究對(duì)象,與無(wú)缺陷鋁晶體特征對(duì)比后研究發(fā)現(xiàn):從態(tài)密度圖看,位錯(cuò)芯區(qū)附近的原子在費(fèi)米能級(jí)附近出現(xiàn)新的態(tài)密度峰,費(fèi)米能級(jí)附近的電子發(fā)生重排,位錯(cuò)芯區(qū)的電子活性增強(qiáng);從電子云分布特征來(lái)看,位錯(cuò)芯區(qū)上部電子存在向位錯(cuò)芯區(qū)下部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì),同時(shí)在位錯(cuò)芯區(qū),出現(xiàn)了明顯的電子云缺失與偏聚,這種電子云不均勻性在一定程度上將影響晶體內(nèi)合金原子在位錯(cuò)芯區(qū)的偏聚和分布,增加電子與合金原子的反應(yīng)活性;從電子自旋極化看,非基態(tài)下,在無(wú)缺陷鋁晶體中上下相鄰兩層原子的電子自旋磁矩方向相反,原子層之間存在排斥作用;而對(duì)于含位錯(cuò)鋁晶體,位錯(cuò)芯區(qū)上方原子的電子自旋磁矩方向相同而使得位錯(cuò)芯區(qū)上下兩層原子之間的排斥作用更加明顯,此時(shí)原子層間相互吸引力減小,運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng),有助于提高材料在磁場(chǎng)下的宏觀塑性。以含Mg Zn2的鋁晶體超晶胞為研究對(duì)象,首先根據(jù)態(tài)密度圖與電子云分布得到鋁原子與Mg Zn2的成鍵性質(zhì):Mg Zn2與周邊鋁原子的成鍵方式多樣,包括極性共價(jià)鍵、離子鍵等,鍵能最高原子間的成鍵方式是Mg Zn2的spd雜化態(tài)電子與周邊鋁原子的p態(tài)電子相互作用而成鍵。其次從電子自旋極化方向看,Mg Zn2和緊鄰上下原子的電子自旋磁矩方向都相反,這將弱化Mg Zn2與原子間的鍵強(qiáng),促使原子層在磁場(chǎng)下沿滑移面滑動(dòng)時(shí)變得容易;在E=-0.6 e V處,Mg Zn2和上方緊鄰原子之間的化學(xué)鍵在磁場(chǎng)下將發(fā)生S-T轉(zhuǎn)變,由穩(wěn)定態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),進(jìn)一步導(dǎo)致原子層沿滑移面滑動(dòng)時(shí)更加容易,有益于提高材料宏觀塑性。以含Mg Zn2的位錯(cuò)芯超晶胞為研究對(duì)象,首先從態(tài)密度分析得出,在E=-0.6e V處,Mg Zn2的spd雜化態(tài)電子與位錯(cuò)芯區(qū)緊鄰鋁原子的p、s態(tài)電子相互作用而成鍵,費(fèi)米能級(jí)上方鋁原子的p態(tài)電子未與Mg Zn2成鍵,而是巡游于原子四周。其次從電子云分布看,由于位錯(cuò)芯區(qū)上部多了一縱層原子,致使位錯(cuò)芯區(qū)上部電子存在向位錯(cuò)芯區(qū)下部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì),并在位錯(cuò)芯區(qū)發(fā)生了劇烈的化學(xué)成鍵過(guò)程。再者從電子自旋極化方向看,所選原子的電子自旋磁矩方向趨向于具有相同的方向,分析可能與位錯(cuò)芯區(qū)巡游的p態(tài)電子有關(guān);在E=-0.6 e V處,位錯(cuò)芯區(qū)Mg Zn2與鋁原子之間的最強(qiáng)化學(xué)鍵在磁場(chǎng)下將發(fā)生S-T轉(zhuǎn)變,由穩(wěn)定態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),這將導(dǎo)致原子層沿滑移面滑動(dòng)時(shí)更加容易。綜合來(lái)看,在Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金位錯(cuò)芯區(qū),原子態(tài)密度、電子云分布和成鍵特性都發(fā)生了改變,原子反應(yīng)活性增加;當(dāng)以電子自旋極化為依據(jù)討論磁場(chǎng)作用時(shí),認(rèn)為磁場(chǎng)下電子自旋磁矩向著減少原子層間相互作用的方向發(fā)生變化,有助于提高原子層沿滑移面的滑動(dòng)能力,對(duì)提高材料塑性變形能力有益,為磁致塑性效應(yīng)提供了量子尺度的理論支持。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理 電子結(jié)構(gòu) 位錯(cuò) 磁場(chǎng) Al-Zn-Mg-Cu鋁合金
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 引言11-28
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展概況12-15
• 1.2.1 國(guó)外Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展13
• 1.2.3 Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的主要合金元素13-14
• 1.2.4 Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的析出相及析出序列14-15
• 1.3 磁場(chǎng)對(duì)材料性能的影響15-21
• 1.3.1 磁場(chǎng)對(duì)材料影響概述15-17
• 1.3.2 磁場(chǎng)條件下的位錯(cuò)退釘扎17-18
• 1.3.3 磁場(chǎng)條件下的位錯(cuò)滑移18-20
• 1.3.4 位錯(cuò)退釘扎的自旋相關(guān)理論20-21
• 1.4 第一性原理方法概述21-27
• 1.4.1 第一性原理21-22
• 1.4.2 密度泛函理論22-24
• 1.4.3 贗勢(shì)方法24-26
• 1.4.4 CASTEP軟件介紹26-27
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容27-28
• 第二章 計(jì)算模型與方法28-36
• 2.1 鋁晶體及位錯(cuò)模型構(gòu)建28-30
• 2.2 含MgZn_2相鋁晶體及位錯(cuò)模型構(gòu)建30
• 2.3 計(jì)算方法簡(jiǎn)介30-31
• 2.4 鋁晶體層錯(cuò)能計(jì)算31-34
• 2.4.1 鋁晶體層錯(cuò)模型構(gòu)建及層錯(cuò)能計(jì)算原理32-33
• 2.4.2 抽出型層錯(cuò)模型層錯(cuò)能計(jì)算33-34
• 2.4.3 插入型層錯(cuò)模型層錯(cuò)能計(jì)算34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 第三章 鋁晶體和位錯(cuò)芯區(qū)電子結(jié)構(gòu)及磁場(chǎng)作用研究36-48
• 3.1 無(wú)缺陷鋁晶體與含位錯(cuò)鋁晶體的能帶結(jié)構(gòu)與態(tài)密度分析37-38
• 3.2 含位錯(cuò)鋁晶體內(nèi)位錯(cuò)芯區(qū)周邊原子態(tài)密度分析38-40
• 3.3 無(wú)缺陷鋁晶體與含位錯(cuò)鋁晶體的電子密度分析40-41
• 3.4 含位錯(cuò)鋁晶體內(nèi)位錯(cuò)芯區(qū)周邊原子布居分布分析41-43
• 3.5 無(wú)缺陷鋁晶體與含位錯(cuò)鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析43-47
• 3.5.1 無(wú)缺陷鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析43-45
• 3.5.2 含位錯(cuò)鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 含MgZn_2相和位錯(cuò)的鋁晶體超晶胞的電子結(jié)構(gòu)及磁場(chǎng)作用研究48-65
• 4.1 含MgZn_2相和位錯(cuò)的鋁晶體超晶胞的電子結(jié)構(gòu)研究48-58
• 4.1.1 能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度研究48-50
• 4.1.2 p(MgZn_2)晶胞內(nèi)Mg Zn_2和周邊鋁原子的電子結(jié)構(gòu)及成鍵方式50-54
• 4.1.3 d(MgZn_2)晶胞內(nèi)Mg Zn_2和周邊鋁原子的電子結(jié)構(gòu)及成鍵方式54-58
• 4.2 含MgZn_2相鋁晶體和含MgZn_2相及位錯(cuò)超晶胞的電子自旋極化研究58-63
• 4.2.1 p(MgZn_2)晶胞中原子的電子自旋極化研究58-59
• 4.2.2 p(MgZn_2)晶胞中自旋極化電子對(duì)原子間成鍵的影響59-60
• 4.2.3 d(MgZn_2)晶胞中原子的電子自旋極化研究60-62
• 4.2.4 d(MgZn_2)晶胞中自旋極化電子對(duì)原子間成鍵的影響62-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第五章 全文總結(jié)及未來(lái)展望65-67
• 5.1 全文總結(jié)65-66
• 5.2 未來(lái)展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文74

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本文編號(hào)：282790