本文關鍵詞：Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金位錯芯區(qū)電子結構及磁場作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu(7xxx系)高強鋁合金被廣泛應用于航空航天及交通運輸領域,其內的位錯及主要增強相對該系鋁合金的組織和性能有著極其重要的影響。量子力學作為描述微觀世界電子運動基本規(guī)律和研究材料宏觀物性的理論基礎,已經(jīng)被廣泛應用于材料設計、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,計算了Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金內無缺陷區(qū)及位錯芯區(qū)的電子結構,并進一步研究了磁場對無缺陷區(qū)及位錯芯區(qū)電子結構的影響機制。以含位錯鋁晶體為研究對象,與無缺陷鋁晶體特征對比后研究發(fā)現(xiàn):從態(tài)密度圖看,位錯芯區(qū)附近的原子在費米能級附近出現(xiàn)新的態(tài)密度峰,費米能級附近的電子發(fā)生重排,位錯芯區(qū)的電子活性增強;從電子云分布特征來看,位錯芯區(qū)上部電子存在向位錯芯區(qū)下部轉移的趨勢,同時在位錯芯區(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合金原子在位錯芯區(qū)的偏聚和分布,增加電子與合金原子的反應活性;從電子自旋極化看,非基態(tài)下,在無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;而對于含位錯鋁晶體,位錯芯區(qū)上方原子的電子自旋磁矩方向相同而使得位錯芯區(qū)上下兩層原子之間的排斥作用更加明顯,此時原子層間相互吸引力減小,運動能力增強,有助于提高材料在磁場下的宏觀塑性。以含Mg Zn2的鋁晶體超晶胞為研究對象,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:Mg Zn2與周邊鋁原子的成鍵方式多樣,包括極性共價鍵、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,促使原子層在磁場下沿滑移面滑動時變得容易;在E=-0.6 e V處,Mg Zn2和上方緊鄰原子之間的化學鍵在磁場下將發(fā)生S-T轉變,由穩(wěn)定態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),進一步導致原子層沿滑移面滑動時更加容易,有益于提高材料宏觀塑性。以含Mg Zn2的位錯芯超晶胞為研究對象,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)電子與位錯芯區(qū)緊鄰鋁原子的p、s態(tài)電子相互作用而成鍵,費米能級上方鋁原子的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,由于位錯芯區(qū)上部多了一縱層原子,致使位錯芯區(qū)上部電子存在向位錯芯區(qū)下部轉移的趨勢,并在位錯芯區(qū)發(fā)生了劇烈的化學成鍵過程。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,分析可能與位錯芯區(qū)巡游的p態(tài)電子有關;在E=-0.6 e V處,位錯芯區(qū)Mg Zn2與鋁原子之間的最強化學鍵在磁場下將發(fā)生S-T轉變,由穩(wěn)定態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),這將導致原子層沿滑移面滑動時更加容易。綜合來看,在Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金位錯芯區(qū),原子態(tài)密度、電子云分布和成鍵特性都發(fā)生了改變,原子反應活性增加;當以電子自旋極化為依據(jù)討論磁場作用時,認為磁場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能力,對提高材料塑性變形能力有益,為磁致塑性效應提供了量子尺度的理論支持。
【關鍵詞】：第一性原理 電子結構 位錯 磁場 Al-Zn-Mg-Cu鋁合金
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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系高強鋁合金的發(fā)展概況12-15
• 1.2.1 國外Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金的發(fā)展12-13
• 1.2.2 國內Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金的發(fā)展13
• 1.2.3 Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金的主要合金元素13-14
• 1.2.4 Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金的析出相及析出序列14-15
• 1.3 磁場對材料性能的影響15-21
• 1.3.1 磁場對材料影響概述15-17
• 1.3.2 磁場條件下的位錯退釘扎17-18
• 1.3.3 磁場條件下的位錯滑移18-20
• 1.3.4 位錯退釘扎的自旋相關理論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 贗勢方法24-26
• 1.4.4 CASTEP軟件介紹26-27
• 1.5 本文研究的主要內容27-28
• 第二章 計算模型與方法28-36
• 2.1 鋁晶體及位錯模型構建28-30
• 2.2 含MgZn_2相鋁晶體及位錯模型構建30
• 2.3 計算方法簡介30-31
• 2.4 鋁晶體層錯能計算31-34
• 2.4.1 鋁晶體層錯模型構建及層錯能計算原理32-33
• 2.4.2 抽出型層錯模型層錯能計算33-34
• 2.4.3 插入型層錯模型層錯能計算34
• 2.5 本章小結34-36
• 第三章 鋁晶體和位錯芯區(qū)電子結構及磁場作用研究36-48
• 3.1 無缺陷鋁晶體與含位錯鋁晶體的能帶結構與態(tài)密度分析37-38
• 3.2 含位錯鋁晶體內位錯芯區(qū)周邊原子態(tài)密度分析38-40
• 3.3 無缺陷鋁晶體與含位錯鋁晶體的電子密度分析40-41
• 3.4 含位錯鋁晶體內位錯芯區(qū)周邊原子布居分布分析41-43
• 3.5 無缺陷鋁晶體與含位錯鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析43-47
• 3.5.1 無缺陷鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析43-45
• 3.5.2 含位錯鋁晶體的電子自旋極化態(tài)密度分析45-47
• 3.6 本章小結47-48
• 第四章 含MgZn_2相和位錯的鋁晶體超晶胞的電子結構及磁場作用研究48-65
• 4.1 含MgZn_2相和位錯的鋁晶體超晶胞的電子結構研究48-58
• 4.1.1 能帶結構及態(tài)密度研究48-50
• 4.1.2 p(MgZn_2)晶胞內Mg Zn_2和周邊鋁原子的電子結構及成鍵方式50-54
• 4.1.3 d(MgZn_2)晶胞內Mg Zn_2和周邊鋁原子的電子結構及成鍵方式54-58
• 4.2 含MgZn_2相鋁晶體和含MgZn_2相及位錯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原子間成鍵的影響62-63
• 4.3 本章小結63-65
• 第五章 全文總結及未來展望65-67
• 5.1 全文總結65-66
• 5.2 未來展望66-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文74

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 于志偉,許曉磊,劉 路;直Volterra位錯芯屈服區(qū)構型[J];金屬學報;2002年03期

2 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙春旺;邢永明;;純鋁中位錯芯周圍變形場的微觀實驗力學研究[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（上）[C];2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 嚴家安;位錯芯區(qū)結構及雜質-位錯相互作用的第一原理研究[D];清華大學;2005年

2 吳小志;基于離散效應修正的位錯芯結構及Peierls應力計算[D];重慶大學;2009年

3 趙偉;硅中鋰與位錯相互作用的多尺度模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭瑞;Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金位錯芯區(qū)電子結構及磁場作用研究[D];江蘇大學;2016年

  本文關鍵詞：Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金位錯芯區(qū)電子結構及磁場作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：282790