本文關(guān)鍵詞：Y及Ce對Mg-Al合金性能影響的第一性原理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，具有比強度和比剛度高，電磁屏蔽性、減震性和散熱性好等優(yōu)點，鎂合金材料已被廣泛應(yīng)用于汽車、通訊和航天等相關(guān)行業(yè)。最近，商業(yè)化鎂合金的研究重點主要為Mg-Al系合金，尤其是AM和AZ系列；主要是因為這些類型的鎂合金具有良好的室溫強度、延展性和優(yōu)良的鑄造性能；但是它們的蠕變性能較差和高溫強度很低，，嚴(yán)重限制其應(yīng)用范圍，因此迫切需要提高其力學(xué)性能。稀土作為一種有效的合金化元素，能顯著提高鎂合金的綜合力學(xué)性能，拓展其使用領(lǐng)域，稀土Y和Ce都能通過合金化來提高M(jìn)g-Al基合金的綜合性能。本文通過第一性原理研究Mg-Al-Y和Mg-Al-Ce合金中金屬間化合物的性能能增加我們對這類型合金的理解并指導(dǎo)實驗。 本文通過第一性原理計算分析了Mg-Al-Y-Ce中不同占位B2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，得出了更穩(wěn)定的四個結(jié)構(gòu)；計算分析了MgY、MgCe、AlY和AlCe四相的結(jié)合能和形成焓，通過結(jié)合能我們得出四相的穩(wěn)定性由強到弱的順序為AlYMgYAlCeMgCe，而形成焓的結(jié)果告訴我們，Al比Mg更容易與稀土元素Y和Ce發(fā)生合金化；計算分析了彈性常數(shù)，得到了四相的體模量，剪切模量，楊氏模量和泊松比；通過分析四相的延展性，我們得出了柯西壓和泊松比與材料脆性和塑性的關(guān)系，柯西壓和泊松比越小時，材料的脆性越強，這與Pugh準(zhǔn)則得出的結(jié)論一致。脆性由強到弱為MgCeAlYMgYAlCe。 基于第一性原理計算分析了Laves相Mg_2Y和Al_2Y在平衡靜水壓力下的電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱力學(xué)性能；從0Gpa下Al_2Y和Mg_2Y相的結(jié)合能和形成焓可知，它們的合金化能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都要強于Mg_(17)Al_(12)相。預(yù)測了不同壓力下Mg_2Y和Al_2Y相的彈性常數(shù)與壓力的函數(shù)關(guān)系，彈性模量和彈性常數(shù)都隨著壓力的增加而增大，說明壓力能搞提高它們的力學(xué)性能。 分析了外部壓力對Al_4Ce相的微觀結(jié)構(gòu)、電子特性和力學(xué)性能的影響；計算得到了不同壓力下的總態(tài)密度和分態(tài)密度，結(jié)果顯示Al_4Ce具有良好的金屬性。另外，采用Voigt-Reuss-Hill平均近似法計算了不同壓力下的體模量（B）、剪切模量（G）、彈性模量（E）和泊松比（υ）；結(jié)果顯示Al_4Ce韌性性能良好，并且具有良好的力學(xué)性能。最后我們計算得到了不同壓力下的德拜溫度。
【關(guān)鍵詞】：Mg-Al合金 Y Ce 合金化效應(yīng) 第一性原理
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 Mg 合金概況11-16
• 1.1.1 Mg 合金的分類11-15
• 1.1.2 Mg 合金應(yīng)用的優(yōu)缺點15-16
• 1.1.3 Mg 合金發(fā)展趨勢16
• 1.2 Mg-Al-Y 和 Mg-Al-Ce 合金系16-21
• 1.2.1 Mg-Al-Y 系鎂合金18-20
• 1.2.2 Mg-Al-Ce 系鎂合金20-21
• 1.3 第一性原理計算21-22
• 1.4 本課題的研究意義、目的以及內(nèi)容22-24
• 1.4.1 課題研究的意義和目的22-23
• 1.4.2 課題研究的內(nèi)容23-24
• 第2章 理論方法與模型24-33
• 2.1 密度泛函理論 DFT（Density Functional Theory）[54-55]24-27
• 2.1.1 Hohenberg-Kohn 定理24-26
• 2.1.2 Kohn-Sham 方程26-27
• 2.2 近似方法27-28
• 2.2.1 周期場近似（Periodic Field）27
• 2.2.2 單電子近似（Hartree-Fock 近似）27-28
• 2.2.3 絕熱近似（Born-Oppenheimer approximation）[56]28
• 2.3 交換-關(guān)聯(lián)能函數(shù)近似28-30
• 2.3.1 局域密度近似 LDA（Local Density Approximation）[57]28-29
• 2.3.2 廣義梯度近似 GGA（General gradient Approximation）[58-59]29-30
• 2.4 贗勢方法30
• 2.5 CASTEP 和 DMol3 模塊簡介30-33
• 2.5.1 CASTEP 模塊31
• 2.5.2 DMol3 模塊31-33
• 第3章 Mg-Al-R（R=Ce,Y）中 B2 型金屬間化合物的電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的理論研究33-44
• 3.1 計算方法與模型33-36
• 3.1.1 計算方法33-34
• 3.1.2 計算模型34-36
• 3.2 計算結(jié)果與分析36-42
• 3.2.1 形成焓（Formation of enthalpy）36-37
• 3.2.2 態(tài)密度（Density of States）37-39
• 3.2.3 電荷差分密度（Electron density difference）39-40
• 3.2.4 彈性常數(shù)（Elastic constants）40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 第四章 Mg-Al-Y合金中Laves相Mg_2Y 和 Al_2Y 在靜水壓力下的電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱力學(xué)性能的理論研究44-62
• 4.1 計算理論45-48
• 4.1.1 能量對體積的狀態(tài)方程（Energy versus volume equations of state）45-46
• 4.1.2 彈性剛度常數(shù)的應(yīng)力應(yīng)變理論（ Elastic stiffness constants by strain-stress method）46-48
• 4.2 計算方法與模型48-49
• 4.3 計算結(jié)果與討論49-60
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性49-53
• 4.3.2 電子特性53-56
• 4.3.3 彈性性能56-59
• 4.3.4 熱力學(xué)性能59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 Mg-Al 合金中 Al_4Ce 二元相在壓力下的理論研究62-75
• 5.1 計算參數(shù)設(shè)置62
• 5.2 計算結(jié)果與討論62-73
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)性能62-65
• 5.2.2 電子特性65-68
• 5.2.3 彈性性質(zhì)68-72
• 5.2.4 德拜溫度72-73
• 5.3 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果88-89
• 致謝89-90

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：Y及Ce對Mg-Al合金性能影響的第一性原理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：341383