本文關鍵詞：Mg-Al基合金中幾種二元相的第一原理計算

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【摘要】：本工作運用基于第一性原理的CASTEP軟件程序包，計算分析了Sn, Y, Zr, Sc合金化Mg-Al合金后所形成的立方結構Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc相的合金形成熱、結合能、電子結構與彈性性質(zhì)等，，并與Mg-Al合金中的重要二元相Mg17Al12相進行了對比。 在幾何優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)，Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc的晶胞結構參數(shù)和晶格常數(shù)與文獻值十分吻合。合金形成熱與結合能的分析結果說明Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc的合金化能力和結構穩(wěn)定性均比Mg17Al12的強。 態(tài)密度圖的分析結果說明Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc中都有不同程度的共價雜化，其中Al3Zr雜化最為明顯。電荷差分密度圖分析結果表明這5種金屬間化合物的成鍵特征是金屬鍵、離子鍵與共價鍵的結合，這也導致了它們的結構穩(wěn)定性。Mulliken電子占據(jù)數(shù)的結果說明離子鍵由弱到強的順序為Al3ZrAl2ScMg17Al12Al2YMg2Sn，金屬性最強的是Mg17Al12，最弱的是Mg2Sn。 本工作分別計算了Mg17Al12, Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc三個獨立的彈性常數(shù)，并進一步預測出了這五種金屬間化合物的體模量B、剪切模量G、楊氏模量E和泊松比等。B,G值越大，材料的硬度相應就越高，比較得出五種金屬間化合物硬度由高到低的順序為Al3ZrAl2ScAl2YMg17Al12Mg2Sn。G/B比與Cauchy壓力的分析結果均表明Mg2Sn, Al2Y, Al3Zr和Al2Sc四相均比Mg17Al12相脆。從泊松比的結果中可以得出，Mg17Al12橫向變形能力最好，Al2Sc的橫向變形能力最差。
【關鍵詞】：第一性原理 Mg-Al基合金 結構穩(wěn)定性 電子結構 彈性性質(zhì)
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 鎂及鎂合金特點8
• 1.2 Mg-Al 系鎂合金簡介8-9
• 1.2.1 含稀土元素的 Mg-Al 基鎂合金8-9
• 1.2.2 含堿土元素的 Mg-Al 基合金9
• 1.2.3 含 Sn, Si 和 Sb 等元素的 Mg-Al 基合金9
• 1.3 計算材料學及計算方法簡介9-10
• 1.3.1 第一原理計算法（first-principle calculations method）10
• 1.3.2 分子動力學法（Molecular dynamics method）10
• 1.3.3 蒙特卡洛方法（Monte Carlo method）10
• 1.3.4 有限元法（Finite Element Method）10
• 1.4 第一原理和密度泛函理論簡介10-17
• 1.4.1 多粒子體系的薛定諤方程10-12
• 1.4.2 密度泛函理論（Density functional theory）12-17
• 1.5 Materials Studio 計算軟件—CASTEP 模塊17
• 1.6 本課題的研究意義及目的17
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 計算設備及參數(shù)設置19-21
• 2.1 計算設備19
• 2.2 計算參數(shù)設置19-21
• 第3章 計算結果及分析21-50
• 3.1 Mg_(17)Al_(12)相計算分析21-26
• 3.1.1 Mg_(17)Al_(12)的晶體結構和晶格常數(shù)21-22
• 3.1.2 Mg_(17)Al_(12)的合金形成熱與結合能22-23
• 3.1.3 Mg_(17)Al_(12)的電子結構23-25
• 3.1.4 Mg_(17)Al_(12)的彈性性質(zhì)25-26
• 3.2 Mg_2Sn 相計算分析26-31
• 3.2.1 Mg_2Sn 的晶體結構和晶格常數(shù)27-28
• 3.2.2 Mg_2Sn 的合金形成熱與結合能28
• 3.2.3 Mg_2Sn 的電子結構28-30
• 3.2.4 Mg_2Sn 的彈性性質(zhì)30-31
• 3.3 Al_2Y 相計算分析31-36
• 3.3.1 Al_2Y 晶體結構和晶格常數(shù)32-33
• 3.3.2 Al_2Y 的合金形成熱與結合能33
• 3.3.3 Al_2Y 相的電子結構33-35
• 3.3.4 Al_2Y 的彈性性質(zhì)35-36
• 3.4 Al_3Zr 相計算分析36-41
• 3.4.1 Al_3Zr 的晶體結構和晶格常數(shù)36-37
• 3.4.2 Al_3Zr 的合金形成熱與結合能37-38
• 3.4.3 Al_3Zr 的電子結構38-40
• 3.4.4 Al_3Zr 的彈性性質(zhì)40-41
• 3.5 Al_2Sc 相計算分析41-46
• 3.5.1 Al_2Sc 的晶體結構和晶格常數(shù)41-42
• 3.5.2 Al_2Sc 的合金形成熱和結合能42-43
• 3.5.3 Al_2Sc 的電子結構43-45
• 3.5.4 Al_2Sc 的彈性性質(zhì)45-46
• 3.6 各相同種性質(zhì)比較,46-50
• 3.6.1 各相的合金形成熱與結合能46
• 3.6.2 電子結構比較46-47
• 3.6.3 彈性性質(zhì)比較47-50
• 第4章 結論50-51
• 參考文獻51-56
• 在讀研究成果56-57
• 致謝57

【參考文獻】

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本文編號：572082