【摘要】：鋁合金由于其高的比強(qiáng)度、低密度、優(yōu)良的導(dǎo)電性,導(dǎo)熱性被工業(yè)上廣泛應(yīng)用。鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋯合金、鋁鎳合金和鋁稀土合金等等。7000系列鋁合金屬于超高強(qiáng)鋁合金,可熱處理強(qiáng)化,是室溫下強(qiáng)度最高的鋁合金,廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、汽車制造等領(lǐng)域。團(tuán)簇(clusters)是由幾個(gè)乃至上千個(gè)原子、分子或離子通過(guò)物理或化學(xué)結(jié)合力組成的相對(duì)穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體,其物理和化學(xué)性質(zhì)隨所含的原子數(shù)目而變化。通過(guò)分析團(tuán)簇的物理化學(xué)性質(zhì),可以理解多組分體系的穩(wěn)定性,電學(xué),熱力學(xué)和力學(xué)性能。本文基于密度泛函理論,運(yùn)用第一性原理的手段對(duì)鋁合金中團(tuán)簇及相的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、生長(zhǎng)機(jī)制、熱力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了理論研究。Al-Cu合金的計(jì)算結(jié)果表明:Cu原子傾向于集聚Al_N(N=1-10)團(tuán)簇而形成密堆積結(jié)構(gòu),Al_nCu團(tuán)簇的平均結(jié)合能略高于Al_N團(tuán)簇。在n=1,4,6,9時(shí)出現(xiàn)HOMO-LUMO能隙的局部峰值。Al_nCu團(tuán)簇更易與Al團(tuán)簇反應(yīng),Cu原子與Al原子優(yōu)先反應(yīng)。Al-Zr合金的計(jì)算結(jié)果表明:鋯團(tuán)簇傾向于使鋁團(tuán)簇形成密堆結(jié)構(gòu)。Al_nZr團(tuán)簇的平均結(jié)合能高于Al_N團(tuán)簇。在n=3,5,7時(shí)Al_nZr團(tuán)簇比其他團(tuán)簇更加穩(wěn)定。除了AlZr團(tuán)簇外,鋯的電子吸附能力略低于鋁。在n=3,5,7時(shí)出現(xiàn)HOMO-LUMO能隙的局部峰值。Zr原子優(yōu)先與Al_2團(tuán)簇發(fā)生反應(yīng)。在n=2,5,8時(shí)出現(xiàn)偶極矩的局部峰值。Al-Ni合金的計(jì)算結(jié)果表明:AlNi相的各向異性程度最高,Al_3Ni_2存在最低的各向異性。AlNi,Al_3Ni_5和Al Ni_3相表現(xiàn)出韌性特征,其他相表現(xiàn)脆性特征。AlNi的韌性最好,Al_3Ni_2的韌性最差。Al_3Ni存在最高的德拜溫度,Al Ni存在最低的德拜溫度。Mg-Zn團(tuán)簇的計(jì)算結(jié)果表明:Zn原子更傾向于占據(jù)頂點(diǎn)位置。Zn的摻雜降低了Mg團(tuán)簇的穩(wěn)定性。通過(guò)二階能量差分發(fā)現(xiàn)Mg_3Zn和Mg_3Zn_2比它們的相鄰結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。NBO分析表明,Mg-Zn團(tuán)簇之間出現(xiàn)了軌道雜化。Ni摻雜Al_2Cu的計(jì)算結(jié)果表明:Ni摻雜Al_2Cu時(shí),可以穩(wěn)定存在的結(jié)構(gòu)只有Al_7Cu_4Ni和Al_8Cu_3Ni。摻雜Ni后,Al_2Cu的韌性會(huì)被降低,脆性升高。各向異性的結(jié)果表明Al_2Cu的各向異性值最大,摻雜進(jìn)Ni之后,會(huì)降低Al_2Cu的各向異性。Al_8Cu_3Ni的德拜溫度最高,Al_7Cu_4Ni的德拜溫度最低。
【圖文】：

圖 1.1 Al-Cu 合金受到來(lái)自不同澆注條件時(shí)出現(xiàn)的顯微結(jié)構(gòu)(SEM)Fig. 1.1 SEM images of Al-Cu alloys with the difference of pouring conditions徐國(guó)富[9]等研究了 Al-4Cu 合金添加不同含量的鈧元素對(duì)組織與性能的影響。結(jié)果表明：Al-4Cu 的晶粒組織可以被細(xì)化通過(guò) Sc，枝晶網(wǎng)胞也可以被改善；當(dāng) Al-4Cu 合金的抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σ0.2隨著 Sc 含量小于 0.2%時(shí)提高約 20MPa；當(dāng) Sc 含量為0.3%~0.4%時(shí)卻有所降低；當(dāng) Sc 含量為 0.5%時(shí)又會(huì)升高，雖然強(qiáng)度升高，但還是比沒(méi)有添加 Sc 的合金低；Sc 對(duì)合金的伸長(zhǎng)率的作用不大。如果 Sc 含量小于 0.2%，，其作用到合金的方式基本是固溶；當(dāng) Sc 含量為 0.3%~0.5%時(shí)，刨去固溶的 Sc，其他則形成 Al3S相及 AlCuSc 相，AlCuSc 相在 Al-Cu-Sc 系合金中是有害的，合金的力學(xué)性能會(huì)由于它的存在降低。

圖 1.1 Al-Cu 合金受到來(lái)自不同澆注條件時(shí)出現(xiàn)的顯微結(jié)構(gòu)(SEM)ig. 1.1 SEM images of Al-Cu alloys with the difference of pouring condit等研究了 Al-4Cu 合金添加不同含量的鈧元素對(duì)組織與性能晶粒組織可以被細(xì)化通過(guò) Sc，枝晶網(wǎng)胞也可以被改善；當(dāng)和屈服強(qiáng)度σ0.2隨著 Sc 含量小于 0.2%時(shí)提高約 20MPa；卻有所降低；當(dāng) Sc 含量為 0.5%時(shí)又會(huì)升高，雖然強(qiáng)度升高合金低；Sc 對(duì)合金的伸長(zhǎng)率的作用不大。如果 Sc 含量小于基本是固溶；當(dāng) Sc 含量為 0.3%~0.5%時(shí)，刨去固溶的 Sc，其相，AlCuSc 相在 Al-Cu-Sc 系合金中是有害的，合金的力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706765