鎂合金作為工業(yè)應(yīng)用中質(zhì)量較輕的金屬材料,憑借著其良好的性能優(yōu)勢,得以在汽車制造、航空航天、3C電子、軌道交通和生物醫(yī)學等行業(yè)廣泛應(yīng)用。但是,由于應(yīng)用形式日益呈現(xiàn)多樣性與復(fù)雜化,對于鎂合金的性能要求也越來越高。研究表明提高鎂合金力學性能的有效途徑是利用稀土元素對鎂合金進行合金化處理。一直以來稀土Mg-Zn-RE合金,因其優(yōu)異的力學性能和獨特的晶體結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。在Mg-Zn合金中添加稀土Y、La元素,不僅可以通過形成穩(wěn)定的準晶體強化相來改善周圍的力學性能,而且可以改善鎂合金的高溫強度和耐蠕變性。此外,稀土元素還可以極大提升鎂合金斷后伸長率和沖擊韌性。為了系統(tǒng)研究稀土元素Y、La對Mg-Zn合金的強化機理,本文利用第一性原理計算方法,對生成于Mg-Zn-Y（La）系金屬間化合物的熱力學穩(wěn)定性、力學性能、電子結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)研究,同時利用第一性原理加壓計算方法和拉伸計算方法重點研究了各化合物在高壓環(huán)境下的性能表現(xiàn)以及稀土元素Y、La原子固溶于鎂基體后對鎂基體的強化效果及強化機制。首先,本文計算分析了稀土元素Y、La加入Mg-Zn合金后,在金屬間起強化作用的合金化合物MgZn₂

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 鎂及鎂合金概述
        1.1.1 純鎂的性質(zhì)及開發(fā)
        1.1.2 鎂合金的性質(zhì)及特點
        1.1.3 鎂合金的開發(fā)及應(yīng)用
    1.2 鎂合金的強化機理
        1.2.1 固溶強化
        1.2.2 沉淀析出強化
        1.2.3 彌散強化
        1.2.4 細晶強化
    1.3 Mg-Zn系合金概述
        1.3.1 Mg-Zn-M(M=Zr、Cu)系合金
        1.3.2 Mg-Zn-RE系合金
    1.4 稀土鎂合金研究概述
        1.4.1 稀土元素在鎂合金中的強化作用
        1.4.2 稀土鎂合金的研究進展
        1.4.3 Y、La元素對鎂合金性能的影響
    1.5 第一性原理計算研究進展概述
        1.5.1 第一性原理計算的作用
        1.5.2 第一性原理在Mg-Zn-Y(La)系合金中的研究
        1.5.3 第一性原理研究合金加壓過程中的性能變化
        1.5.4 第一性原理研究合金的固溶強化作用
    1.6 論文的研究的意義及研究內(nèi)容
        1.6.1 研究意義
        1.6.2 研究內(nèi)容
第2章 計算理論及方法
    2.1 多粒子薛定諤方程及近似
        2.1.1 波恩-奧本海默(BO)近似
        2.1.2 單電子近似(Hartree-Fock近似)
    2.2 密度泛函理論(DFT)概述
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)
    2.3 平面波贗勢法
    2.4 CASTEP計算程序和計算步驟
第3章 Mg-Zn-Y(La)合金中金屬間化合物的第一性原理計算
    3.1 Mg-Zn-Y(La)系金屬間化合物的計算模型和方法
        3.1.1 晶體結(jié)構(gòu)模型
        3.1.2 計算參數(shù)設(shè)置
    3.2 Mg-Zn-Y(La)系金屬間化合物的計算結(jié)果及分析
        3.2.1 平衡晶格參數(shù)
        3.2.2 熱力學穩(wěn)定性
        3.2.3 力學性能
        3.2.4 熔點和硬度
        3.2.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 壓力下Mg-Zn-Y(La)系金屬間化合物性能變化規(guī)律研究
    4.1 壓力下金屬間三元化合物Mg_3Zn_3Y_2的第一性原理計算
        4.1.1 計算方法和參數(shù)設(shè)置
        4.1.2 壓力下Mg_3Zn_3Y_2晶體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性
        4.1.3 壓力下Mg_3Zn_3Y_2力學性能變化
        4.1.4 壓力下Mg_3Zn_3Y_2電子結(jié)構(gòu)變化
        4.1.5 壓力下Mg_3Zn_3Y_2熔點和硬度變化
    4.2 壓力下金屬間二元化合物MgZn_2和Mg_2Y的第一性原理計算
        4.2.1 計算方法和參數(shù)設(shè)置
        4.2.2 壓力下MgZn_2和Mg_2Y晶體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性
        4.2.3 壓力下MgZn_2和Mg_2Y力學性能變化
        4.2.4 壓力下MgZn_2和Mg_2Y彈性各向異性變化
        4.2.5 壓力下MgZn_2和Mg_2Y電子結(jié)構(gòu)的變化
    4.3 壓力下金屬間二元化合物Mg_2La和 Mg_3La的第一性原理計算
        4.3.1 計算方法和參數(shù)設(shè)置
        4.3.2 壓力下Mg_2La和 Mg_3La晶體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性
        4.3.3 壓力下Mg_2La和 Mg_3La力學性能變化
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Zn、Y、La元素合金化對鎂基體強化效果的研究
    5.1 元素含量為1.8at.%時α-Mg固溶體的拉伸性能
        5.1.1 晶體結(jié)構(gòu)模型
        5.1.2 計算方法和參數(shù)設(shè)置
        5.1.3 合金元素對鎂基體強化效果的計算
    5.2 元素含量為3.7at.%時α-Mg固溶體的拉伸性能
        5.2.1 晶體結(jié)構(gòu)模型
        5.2.2 計算方法和參數(shù)設(shè)置
        5.2.3 合金元素對鎂基體強化效果的計算
    5.3 X(X=Zn、Y、La)原子固溶濃度對Mg-X合金拉伸性能的影響
        5.3.1 Zn原子固溶濃度對合金抗拉性能的影響
        5.3.2 Y原子固溶濃度對合金抗拉性能的影響
        5.3.3 La原子固溶濃度對合金抗拉性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻
在學研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3702800