鎂是生物系統(tǒng)中必不可少的元素,鎂在人體中通常以Mg2+離子的形式出現(xiàn),作為人體中所必須的元素之一,廣泛存在于人體的各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。適量的鎂不僅能夠促進(jìn)人體骨骼對鈣的吸收,還對人體神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)具有一定的幫助作用。在醫(yī)用植入器件領(lǐng)域,鎂有望成為傳統(tǒng)醫(yī)用金屬如鐵、鈦等的理想替代者。但是,由于純鎂的韌性較差、且強(qiáng)度達(dá)不到器件的使用要求,這也成為鎂在醫(yī)用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的瓶頸問題。目前,合金化是改善純鎂韌性差、強(qiáng)度低等問題的有效手段之一。本文選取了Al、Ca、Ce、Gd、、Li、Nd、Sc、Y、Zn、Zr等10種醫(yī)用合金化元素分別添加到純鎂中。首先采用了第一性原理方法計(jì)算了純鎂及其合金{0001}基面材料的表面能,體系表面能的高低來表征材料強(qiáng)度。其次,模擬實(shí)際狀態(tài)下晶體內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展,探究了在{0001}基面、{1010}柱面條件下,不同合金化元素組成的體系在裂紋擴(kuò)展時(shí)的抵抗能力,通過對比體系總能量的增漲幅度,表征材料的韌性。計(jì)算了鎂及其合金{112公}錐面滑移系在裂紋擴(kuò)展時(shí),體系能量的變化,衡量錐面滑移系開動(dòng)的難易程度,用以表征合金體系的韌性。（1）在{0001}基面滑移系中,添加了對計(jì)... 

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 鎂的研究現(xiàn)狀
        1.1.1 鎂的性能及應(yīng)用
        1.1.2 鎂存在的問題
    1.2 鎂合金強(qiáng)韌化研究進(jìn)展
    1.3 鎂合金化第一性原理研究進(jìn)展
    1.4 課題研究意義及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題研究意義
        1.4.2 課題主要研究內(nèi)容
2 模擬及分析方法
    2.1 第一性原理分子動(dòng)力學(xué)
        2.1.1 計(jì)算原理
        2.1.2 VASP軟件介紹
        2.1.3 Material Studio軟件介紹
        2.1.4 VESTA軟件介紹
    2.2 模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)分析方法
        2.2.1 晶格常數(shù)c的選取與優(yōu)化
        2.2.2 K點(diǎn)的選取與計(jì)算
        2.2.3 計(jì)算模型的建立與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        2.2.4 體系內(nèi)能(Energy without Entropy)
        2.2.5 {0001}基面材料表面能計(jì)算
        2.2.6 不同的裂紋尺寸對整體體系穩(wěn)定性的影響
        2.2.7 差分電荷圖分析
    2.3 模擬計(jì)算路線圖
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.3.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖
3 基面取向合金元素及裂紋尺寸對Mg合金強(qiáng)韌性的影響
    3.1 引言
    3.2 基面取向下合金元素對Mg合金穩(wěn)定性的影響
        3.2.1 計(jì)算參數(shù)及計(jì)算模型的優(yōu)化
        3.2.2 合金元素對Mg合金{0001}基面滑移系穩(wěn)定性的影響
    3.3 {0001}基面取向的表面能計(jì)算
    3.4 裂紋擴(kuò)展對Mg合金強(qiáng)韌化的影響
        3.4.1 計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
        3.4.2 模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
4 非基面取向下合金元素及裂紋尺寸對Mg合金強(qiáng)韌性的影響
    4.1 合金元素對Mg合金{10(?)0}柱面滑移系穩(wěn)定性的影響
    4.2 {10(?)0}柱面滑移系中,裂紋擴(kuò)展對Mg合金強(qiáng)韌化的影響
        4.2.1 計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
        4.2.2 模擬計(jì)算結(jié)果
    4.3 合金元素對Mg合金{11(?)2}錐面滑移系穩(wěn)定性的影響
    4.4 {11(?)2}錐面滑移系中,裂紋擴(kuò)展對Mg合金強(qiáng)韌化的影響
        4.4.1 計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
        4.4.2 模擬計(jì)算結(jié)果
    4.5 裂紋尺寸對非基面滑移系體系的內(nèi)能的影響
    4.6 本章小結(jié)
5 結(jié)論和展望
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]釔含量對Mg-Y合金組織及力學(xué)性能的影響[J]. 田爽,張?jiān)姴?熊九郎,張健.  輕合金加工技術(shù). 2018(09)
[2]Er對鎂合金固溶強(qiáng)化作用的第一性原理研究[J]. 劉子利,王文靜,劉希琴,劉洋,王渠東.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[3]鎂合金塑性變形機(jī)制及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶研究進(jìn)展[J]. 李立云,曲周德.  機(jī)械研究與應(yīng)用. 2015(06)
[4]鎂合金在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景[J]. 張佳,宗陽,付彭懷,袁廣銀,丁文江.  中國組織工程研究與臨床康復(fù). 2009(29)
[5]鎂及鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶研究進(jìn)展[J]. 劉楚明,劉子娟,朱秀榮,周海濤.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2006(01)

博士論文
[1]基于第一性原理和分子動(dòng)力學(xué)的鎂合金強(qiáng)韌化基礎(chǔ)研究[D]. 豆雨辰.重慶大學(xué) 2015



本文編號：3728763