Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构,力学性质和光学性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg₃La具有最强合金化能力,而Mg₂La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg₂Y具有最强的抵抗变形能力,Mg₃La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg₂La塑性最强。进一步分析表明Mg₂Y和Mg₂La为延性相,而Mg₃La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg₃La的耐磨性最好,Mg₂Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。     

Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

Mg-Zn系合金电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分析了Mg-Zn、Mg-Zn-Al等二元和三元合金的结构、电子结构和弹性性质。结果表明:Mg_4Zn_8合金为所计算二元Mg-Zn合金的最稳定相,与相应的实验结果一致。在三元金属化合物中,Mg_4Zn_6Al_2和Mg_4Zn_2Al_6是比Mg_4Zn_8更稳定的合金相。分析其电子结构特征,这主要是由于Al原子和Zn原子之间电子杂化的贡献,进一步在原子尺度上揭示了三元合金的稳定性特征。在弹性性质方面,Mg_4Zn_8、Mg_4Zn_6Al_2和Mg_4Zn_2Al_6合金均呈延性相,而Mg_4Zn_6Al_2在抗外力变形能力、抗剪切变形能力和刚度方面综合性能最强。     

Mg-Al-Ca-Sn合金中二元相金属间化合物结构稳定性、电子结构、弹性性质和热力学性质的第一性原理计算（英文）

通过第一性原理计算方法研究Mg-Al-Ca-Sn合金中主要强化相Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Mg_2Sn和Mg_2Ca的结构稳定性、电子结构、弹性常数和热力学性质。计算所得晶格常数与实验值及文献值吻合。合金形成热和结合能计算结果表明,Al_2Ca具有最强的合金形成能力和结构稳定性。通过对这些化合物的态密度、Mulliken电子占据数、金属性和差分电荷密度计算分析其结构稳定性机制。通过计算Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Mg_2Sn和Mg_2Ca的弹性常数,推导出各相的体模量、剪切模量、弹性模量和泊松比。热力学性质计算结果表明,Al_2Ca和Mg_2Sn的Gibbs自由能低于Mg_(17)Al_(12),即Al_2Ca和Mg_2Sn的晶体结构稳定性优于Mg_(17)Al_(12)相。因此,通过添加Ca和Sn元素可以提高Mg-Al系合金的热力学稳定性。     

Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相稳定性与弹性性能第一原理研究

采用基于密度泛函理论的Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相的结构稳定性、弹性性能与电子结构。形成热和结合能计算结果表明:Al2Y具有最强的合金化形成能力和结构稳定性;热力学性质计算结果表明:在298~573 K温度范围内,Al2Y的Gibbs自由能始终最小,其结构热稳定性最好,Al2Ca次之,Mg17Al12最差,Y和Ca合金化Mg-Al系合金形成Al2Y及Al2Ca利于提高镁合金的高温抗蠕变性能;弹性常数的计算结果表明:3种金属间化合物均为脆性相,Mg17Al12的塑性最好;采用弹性常数计算结果预测的Al2Y熔点最高,其结构热稳定性最好。态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明:Al2Y结构最稳定的原因,主要源于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的共价键作用。     

压力对Mg_3Zn_3Y_2相的结构、物理和电子性能影响的第一性原理计算（英文）

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了压力对面心立方化合物Mg_3Zn_3Y_2的结构、弹性和电子性能的影响。计算并分析了Mg_3Zn_3Y_2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg_3Zn_3Y_2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(n),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明,在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合,压力的增加可以促进Mg_3Zn_3Y_2物理性能的提高。此外,Mg_3Zn_3Y_2的各向异性指数(A)随压力的增加而增加。通过对电子态密度的分析表明,随着压力的增加,Mg_3Zn_3Y_2相的结构稳定性降低。     

Mg-Ca系合金结构和力学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分析了Mg-Ca、Mg-Ca-X(X=Al,Sr)等二元和三元合金的结构和力学性质。结果表明:Mg_2Ca合金为二元Mg-Ca合金的最稳定相。Mg_2Al_6Ca_4为合金形成能力最强且最稳定的合金相,其次是Mg_6Al_2Ca_4和Mg_6Ca_4Sr_2,Mg_2Ca_4Sr_6为不稳定相。Mg_2Al_6Ca_4存在最强的抗外力变形能力、抗剪切变形能力和刚度,而Mg_6Ca_4Sr_2的塑性和延展性最强。     

Al_2Sr和Mg2sr相结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP和DMOL程序软件包,计算了Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr柏的结构稳定性、弹性性能和电子结构.合金形成热和结合能的计算结果显示,Al_2Sr具有最强的合金化形成能力和结构稳定性.Gibbs自由能的计算结果表明,随着温度的升高,Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr的结构稳定性发生了变化,在实际工作温度高于423 K以上时,Al_2Sr的结构稳定性最好,Sr合金化Mg-Al基合金形成Al_2Sr有利于提高镁合金的高温抗蠕变性能.体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(v)的计算结果表明,Mg2Sr为延性相,而Mg_(17)Al_(12)和Al_2Sr为脆性相,Mg_2Sr的塑性最好.态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明,Al_2Sr结构最稳定的原因主要源于体系存在强烈的共价键作用,而Mg_(17)Al_(12)结构隐定性优于Mg_2Sr是体系中离子键与共价键共同作用的结果.     

Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算

通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法,对Mg-Al-Y合金中的主要强化相,即Al_2Y和Al_3Y的相稳定性、电子结构、弹性性质以及热力学性质进行计算。相生成热的计算结果表明:Al_2Y和Al_3Y均可稳定存在,Al_2Y的结构稳定性更强,因此,在合金的凝固过程中,Al_2Y优先析出。Al_2Y和Al_3Y的电子态密度(DOS)和差分电荷密度计算的结果表明:Al_2Y和Al_3Y两相可以稳定存在的内在本质在于Al原子与Y原子的价电子轨道发生强烈的相互作用,形成了spd杂化。两相内的原子成键均为共价键、离子键和金属键。体模量B、剪切模量G、弹性模量E、泊松比v和各向异性因子A等力学性质参数的计算结果表明:这两种相为强硬的脆性相并都为各向同性,因此,具有相似的强化效果。两相熔点较高表明其具有很好的热稳定性,能够提高合金的高温性能。声子谱和声子态密度计算以及德拜温度的计算结果进一步验证了两相具有结构稳定性较高。两相的热力学性质符合一般热力学规律,其中自由能的计算结果表明:两相的稳定性顺序没有发生变化。随着温度的升高,Al_2Y的结构稳定性仍强于Al_3Y的。     

压力下AlLi,Al_2Y,Al_2La电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了不同压力下AlLi、Al_2Y、Al_2La相的结构、弹性与电子性能。结果表明,0GPa压力下3相的晶格参数与试验值以及其他理论值符合较好;在0~50GPa压力下,Al_2Y,Al_2La相的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E、B/G以及泊松比υ随着压力的增大而增大,因此材料的硬度增大,韧性和塑性增强;而AlLi在45GPa压力下体积模量B和杨氏模量E有所下降。态密度计算结果表明,在0~50GPa压力下,AlLi,Al_2La,Al_2Y随压力增加,结构依然稳定,没有发生相转变。     

AZ31B/6061异种合金搅拌摩擦焊接头界面组成相与第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的Castep和Dmol程序软件包,计算了采用Sn作为中间夹层的AZ31B/6061异种合金搅拌摩擦焊接头界面各种金属间化合物的结构稳定性与弹性性能,利用微机控制万能试验机、XRD衍射仪检测接头性能和相组成。计算结果表明:Mg_2Sn具有最强的合金化形成能力,AlSn具有最好的结构稳定性;在298～773 K温度范围内,Mg_2Sn的Gibbs自由能始终最小,生成反应更容易进行,Mg_2Al_3、Mg_(17)Al_(12)次之,AlSn最差;Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Sn均为脆性相, Mg_2Al_3为塑性相。实验结果表明:加入Sn后,接头拉剪强度最大达51.2 MPa,焊缝处存在的金属间化合物有Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Al_3、Mg_2Sn。     

Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Al_2Nd、Al_2Er金属间化合物稳定性与电子结构关系的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的Castep程序软件包,优化了Mg_(17)Al_(12)、Al_2Nd、Al_2Er及Al_2Ca等相的晶胞结构,计算了化合物的形成热、结合能和态密度等,分析了化合物结构稳定性与其电子结构的内在联系。结果表明:4种化合物的形成热和结合能均为负值,且化合物的合金化能力和结构稳定性强弱顺序依次为Al_2Er、Al_2Nd、Al_2Ca、Mg_(17)Al_(12)。态密度结果表明,Al_2Er和Al_2Nd具有较强结构稳定性的主要原因是:(1)在费米面低能级区,Al 3p轨道分别与Nd 4f、5d和Er 4f、5d轨道价电子发生强烈杂化作用;(2)Al_2Nd和Al_2Er成键电子数较多;(3)这_2种化合物的电子参与成键能力较大。电荷密度结果表明:Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Al_2Nd和Al_2Er中均存在金属键、离子键、共价键,4种化合物中Al_2Er、Al_2Nd共价键较强,Al_2Ca离子键最强,Mg_(17)Al_(12)中以较强的金属键为主。     

压力对Mg₃Zn₃Y₂相的结构、电子和力学性能影响的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了高压对面心立方化合物Mg3Zn3Y2的结构,弹性和电子性能的影响。在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合。计算并分析了Mg3Zn3Y2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg3Zn3Y2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明压力的增加可以促进Mg3Zn3Y2的力学性能。最后,通过的电子态密度的分析,表明随着压力的增加,Mg3Zn3Y2相的结构稳定性降低。     

压力下金属化合物MgZn_2和Mg_2Y力学性能的第一性原理研究

为了研究压力对Mg-Zn-Y合金性能的影响,利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了Mg-Zn-Y合金中金属化合物MgZn_2和Mg_2Y在0～40 GPa的高压环境下的力学性能,以及MgZn_2和Mg_2Y的晶胞参数。结果表明,Mg_2Y在高压环境下比MgZn_2易于压缩。基于弹性常数Cij的研究结果,分析了MgZn_2和Mg_2Y的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)、泊松比(ν)、各向异性指数(A)等力学参数。结果表明,MgZn_2和Mg_2Y在高压环境下均表现出塑性特征和延性特征以及良好的力学性能;进一步分析表明MgZn_2的抗剪切能力、抵抗外力变形能力、刚度等性能要优于Mg_2Y。随着压力的增加,MgZn_2的塑性和延性同时降低,而Mg_2Y的塑性与延性呈现增强趋势。     

MgCu2,Mg2Ca和MgZn2 Laves相力学性质和电子结构的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对MgCu2,Mg2Ca和MgZn2的力学性能和电子结构进行计算,计算所得晶格参数与实验值和文献值相吻合。合金形成热和结合能的计算结果表明,MgCu2具有最强的合金形成能力和结构稳定性。计算了MgCu2,Mg2Ca和MgZn2的弹性常数,推导了体模量、剪切模量、弹性模量和泊松比。结果表明,MgCu2、Mg2Ca和MgZn2均为延性相,MgCu2的刚度最大,MgZn2的塑性最好。通过对结合能和弹性常数的计算,预测了MgCu2、Mg2Ca和MgZn2的熔点。通过对态密度（DOS）、Mulliken布居数、电子占据数和差分电荷密度的计算,分析了MgCu2、Mg2Ca和MgZn2的结构稳定性和力学性能机制。最后,计算和讨论了3种金属间化合物的Debye温度。     

不同成分Al-Mg_2Si复合材料相成分变化规律

为了研究Mg_2Si含量不同的Al-Mg_2Si复合材料中相成分的变化规律,利用原位内生工艺制备Al-15%Mg_2Si、Al-20%Mg_2Si、Al-25%Mg_2Si和Al-30%Mg_2Si这4种不同成分的复合材料,并通过实验和理论模拟相结合的手段来分析。SEM、EDS、DSC以及XRD定性和定量分析的实验结果表明,4种成分Al-Mg_2Si复合材料中主要含α(Al)相和Mg_2Si相,但Mg_2Si实测的质量分数均比理论值小。利用基于密度泛函理论的第一性原理的模拟方法,计算Al-Mg_2Si复合材料中可能相(Mg_2Si和Mg17Al12)的结构稳定性和电子结构。结果表明:Mg_2Si相的键合能力、合金化能力和晶体结构稳定性均优于Mg17Al12相的。所以,Mg_2Si相是Al-Mg_2Si复合材料中优先形成的结构稳定的化合物,而Mg_2Si相含量减少可能是由于Mg元素烧损引起的,适当增加Mg加入量能有效减小实验误差。     

Bi掺杂Mg2Si的稳定性,弹性性能和电子结构的第一性原理计算

从动力学角度研究合金元素Bi对Mg_2Si的掺杂情况,采用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法分析了合金元素Bi掺杂Mg_2Si的占位情况、结构稳定性、弹性性能和电子结构。计算结果表明:Mg_2Si、Mg-7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均可稳定存在于体系中,Bi原子优先占据Mg_2Si晶体中Si原子位置,Mg_8Si_4Bi间隙固溶体不稳定存在体系中;Mg_Si、Mg_7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均为脆性相,掺杂合金元素Bi后可以提高Mg_Si的韧性、合金化能力和导电性;Mg_2Si的成键本质是金属键、共价键和离子键的结合,Bi原子掺杂Mg2Si后产生Bi-Si和Bi-Mg键合作用,有利于提高体系的稳定性。     

Cu掺杂6000系铝合金中β?相的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似,研究Cu掺杂对6000系铝合金中主要强化相β"相(Mg_5Al_2Si_4)的几何结构、相稳定性和电子结构的影响。结果表明:β"相的晶胞参数与文献报道相符。掺杂Cu后体系的晶胞形状发生微小变形且体积减小,而不同掺杂浓度和掺杂位置对掺Cu结构Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)的几何性质影响不同,进而影响β"相和Al基体之间的晶格错配度;Cu既替代Mg1又替代Al原子和Cu只替代Al原子的结构在合金中更容易形成,而Cu只替代Mg1原子的结构在合金中不易形成,该计算结果与实验报道相符。电子结构分析表明,掺杂Cu后形成的Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)相结构的稳定性和体系在费米能级附近的赝能隙密切相关。     

Mg-Ce化合物相结构稳定性的赝势平面波方法研究

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了Mg-Ce二元合金系中不同Ce原子浓度与结构类型金属间化合物的几何、能态与电子结构,并从合金形成热和结合能两方面调查了这些金属间化合物不同结构类型的相结构稳定性.结果表明：Mg3Ce,Mg2Ce,MgCe,MgCe2和MgCe3金属间化合物具有最强合金化形成能力和最高结构稳定性的结构类型分别为DO3,C15,Ba,C15和DO3.电子态密度（DOS）的分析结果表明：不同Ce含量Mg-Ce金属间化合物相结构稳定性的差异源于其费米能级处电子数的不同,高稳定性的相结构类型可归因于其费米能级处较少的Mg（3s）,Mg（2p）,Ce（5d）和Ce（4f）成键电子.     

汽车发动机用AZ91合金等离子熔覆表面改性层及性能

对汽车发动机用AZ91合金进行了等离子熔覆表面改性处理,对比分析了Al-Si涂层和Al-Si+Y涂层的显微组织和物相组成,并对改性层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能进行了比较。结果表明:Al-Si熔覆层主要含有α-Mg、Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si和Al_3Mg_2相,Al-Si+Y熔覆层主要含有α-Mg、Mg_(17)Al_(12)、Al_3Mg_2、Mg_2Si和Al_2Y相;Al-Si和Al-Si+Y涂层的硬度都高于AZ91合金基体,Y元素的加入形成了细晶强化和弥散强化使得Al-Si+Y涂层具有较高的硬度;汽车发动机表面的耐磨性能从高至低依次为:Al-Si+Y涂层Al-Si涂层AZ91合金基材;等离子熔覆改性处理后的发动机缸体的耐腐蚀性能有所提高,其中Al-Si+Y涂层的耐腐蚀性能最好。