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。     

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_(1-x)Zn_x合金的弹性和热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论及密度泛函微扰理论为基础的第一性原理计算,采用虚晶近似的方法,研究了具有hcp结构且Zn含量在2%(原子分数)范围内的8种Mg_(1-x)Zn_x合金的晶格常数、弹性性质和热力学性质。通过优化结构计算Mg和Zn含量不同的Mg_(1-x)Zn_x合金弹性常数,对Young's模量、Poisson比、弹性各向异性等进行了详细分析,给出了Mg及Mg_(1-x)Zn_x合金的晶格振动Helmholtz自由能、内能、熵和定容热容等随温度变化情况。结果表明,随着Zn含量增加晶格常数a和c均相应减小,弹性常数、自由能和内能增大,熵及定容热容减小;另一方面,随温度升高,Zn含量对自由能和熵的影响程度增大,而对定容热容的影响程度先增大后减小。Mg_(1-x)Zn_x合金中Zn含量的增加有利于提高材料硬度和韧性,但也增大了材料的各向异性。     

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。     

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。     

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-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。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构和力学性质的第一性原理计算（英文）

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Mg_2Y、Mg_2La和Mg_3La的结构稳定性、电子结构和力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,Mg_3La具有最强合金化能力,而Mg_2La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3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γ等。计算结果表明:Mg_2Y具有最强的抵抗变形能力,Mg_3La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg_2La塑性最强。进一步分析表明Mg_2Y和Mg_2La为延性相,而Mg_3La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,3种金属间化合物中,Mg_3La的硬度最大,Mg_2Y的熔点最高。     

机械搅拌对含准晶相Mg_(93)Zn_6Y_1合金的显微组织及性能影响

通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜分析和力学性能测试研究了机械搅拌对Mg_(93)Zn_6Y_1合金的显微组织及力学性能的影响。发现机械搅拌后,α-Mg枝晶破碎,呈菊花状,部分球化,游离分布于组织中;晶粒细化,组织均匀。对不同机械搅拌参数下的Mg_(93)Zn_6Y_1合金进行了力学性能测试。通过改变机械搅拌参数,发现Mg_(93)Zn_6Y_1合金硬度可增加13.8%,耐磨性能及阻尼性能均得到提高。     

Ni含量对Mg基非晶复合材料组织和力学性能的影响

为了研究Ni含量对镁基非晶复合材料组织结构和力学性能的影响,采用铜模铸造法制备了直径为2 mm的Mg_(77+x)Ni_(12-x)Zn_5Y_6(x=0,2,4,6,8)系列合金。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和力学性能试验机分析了复合材料的相组成和组织结构,并进行力学性能测试。结果表明:当Ni含量为8 at%时,形成了大小、分布都均匀的长周期(LPSO)相;相对于完全非晶合金来说,五种复合材料都表现出一定的塑性;Mg_(79)Ni_(10)Zn_5Y_6复合材料的断裂强度最高,达到783 MPa;Mg_(81)Ni_8Zn_5Y_6复合材料的塑性最大,塑性应变达到20.23%。     

Zr5Si3及Zr3Ti2Si3弹性性质与热学性质

应用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算16H金属硅化物Zr5Si3及Zr3Ti2Si3的基态晶格参数,得出弹性常数、体弹性模量、弹性模量、剪切模量及泊松比等弹性性质.利用弹性常数计算德拜温度、格林奈森常数,并在德拜-格林奈森模型基础上计算这两种金属硅化物的各向异性热膨胀系数,由此得出Zr5Si3的a、c方向各向异性热膨胀系数(高温时)分别为8×10-6和15×10-6,对Zr3Ti2Si3(高温时)分别为11×10-6和13×10-6,与实验基本相符.根据方向体弹性模量、方向弹性模量及重叠布居数讨论两种材料各向异性热膨胀不同的原因.     

MgZnCa合金的非晶形成能力及其在模拟体液中的腐蚀性能

利用真空电磁感应熔炼和铜模铸造法分别制备了直径#x03D5;=20 mm和#x03D5;=2 mm的Mg_(70-x)Zn_(20+x)Ca_(10)(x=0,5,10,15,20,at%)合金棒材试样,采用XRD、DSC和电化学方法研究了合金的相组成、非晶形成能力以及在模拟体液中的腐蚀性能。结果表明:直径#x03D5;=20 mm的Mg_(70-x)Zn_(20+x)Ca_(10)(x=0,5,10,15,20,at%)合金棒材试样均由Mg、Ca_2Mg_6Zn_3和Mg_2Zn_(11)相组成;快速冷却得到的#x03D5;=2 mm棒材试样中,Mg_(65)Zn_(25)Ca_(10)、Mg_(60)Zn_(30)Ca_(10)和Mg_(55)Zn_(35)Ca_(10)合金组织为完全非晶,其中Mg_(55)Zn_(35)Ca_(10)合金的非晶形成能力最强,具有最大的过冷液相区(ΔT_x=29.97 K)和γ(0.4001)。电化学腐蚀测试结果表明,随Zn含量的增加,两种直径的合金棒材试样的腐蚀电位均逐渐增大,而腐蚀电流密度不断减小,即合金的耐蚀性不断增强;与同成分的#x03D5;=20 mm棒材相比,#x03D5;=2 mm棒材具有更加优异的耐蚀性,其中直径#x03D5;=2 mm的Mg_(55)Zn_(35)Ca_(10)(at%)合金棒材试样的耐蚀性最好,腐蚀电位为-1.297 V,腐蚀电流密度最小为1.93μA·cm~(-2)。     

B_2O_3添加对(Zn_(0.5)Mg_(0.5))Nb_2O_6陶瓷微波介电性能的影响

研究了B_2O_3助烧剂对(Zn_0.5Mg_0.5)Nb_2O_6陶瓷的烧结温度、微观结构、相结构及微波介电性能的影响.结果表明,助烧剂B_2O_3的添加有助于降低(Zn_0.5Mg_0.5)Nb_2O_6陶瓷的烧结温度,可以将(Zn_0.5Mg_0.5)Nb_2O_6陶瓷的烧结温度降低到950 ℃.其中掺杂2%B_2O_3(质量分数,下同)的(Zn_0.5Mg_0.5)Nb_2O_6陶瓷,在950 ℃烧结可获得结构致密的烧结体,并且具有较佳的介电性能:ε_r = 20.7,Q×f= 60156 GHz.     

压力对L1_2-Co_3(Al,W)化合物弹性性能与电子结构的影响

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了不同压力下L12-Co3(Al,W)化合物的弹性性质与电子结构。计算得到零压力下的点阵常数a0与实验值和理论值相符,计算结果表明:在0~45 GPa压力范围内,L12-Co3(Al,W)化合物的弹性常数Cij(C11、C12、C44)与压力满足三阶多项式关系,体模量B、剪切模量G、本征塑性、断裂韧性随压力的增强而增加;通过引入总化学键重叠布局数,定量的计算了金属间化合物的共价键性能,结果显示压力的增加会不断增强L12-Co3(Al,W)化合物中的共价键强度;电荷差分密度分析表明,随着压力的增加,W原子得到电子,Al原子失去电子,Co-Co、Co-W原子间电荷密度明显增强,表现出更强的键合作用。     

3103铝基PS版析出相的第一性原理研究

采用基于密度函数理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FPLAPW)的方法,结合JMat Pro软件,研究了3103铝合金PS版凝固过程中的析出相与基体间费米能级差异及其弹性性质等。结果表明:在3103铝基PS版中除α-Al之外,存在的析出相主要有α-Al(Fe,Si)、Al_6Mn、Al_(18)Cr_2Mg_3、Mg_2Si、Al_3Ti,Al_3Zr、Al_2Cu以及Mg Zn_2相;其中Mg_2Si电极电位与Al基体相差最大,最易与基体形成微腐蚀电池,使PS版的耐腐蚀性下降。通过计算各个相的形成热及结合能,表明除α-Al(Fe,Si)相之外,各个相的形成均为放热过程且Al_3Ti、Al_3Zr相结合能最大,结构最稳定。     

Sn元素对生物医用镁合金Mg-4.5Zn-Sn显微组织和耐蚀性能的影响

采用金属模铸造法制备Mg-4.5Zn-xSn(x=0,1,2,3,4,mass%)合金。利用X-射线衍射仪、扫描电镜、电化学方法和浸泡实验研究Sn元素含量对Mg-4.5Zn合金显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Mg-4.5Zn合金组织由α-Mg和粗大的(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体组成;加入2 mass%Sn时合金中生成了少量的Mg_2Sn相,(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体变为球状,弥散分布在枝晶界上;当Sn含量超过2 mass%时,随着Sn含量的增加Mg2Sn相数量增多、并长大粗化,部分(α-Mg+Mg_7Zn_3)共晶体转变为三角形状;合金耐蚀性能随Sn含量的增加先变好后变差,Mg-4.5Zn-2Sn合金耐腐蚀性能最好,具有最小的自腐蚀电流密度(149μA·cm~(-2))以及最大的电荷转移电阻(100.3Ω·cm-2)和腐蚀膜层扩散电阻(33.88Ω·cm~(-2))。     

合金元素对Mg-Er-Zn-Zr合金铸态组织和力学性能的影响

研究了合金元素Zn和Zr对Mg-Er-Zn-Zr合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,(Mg_(97.5)Er_2Zn_(0.5))_(99.82)Zr_(0.18)、Mg_(97)Er_2Zn_1和(Mg_(97)Er_2Zn_1)_(99.82)Zr_(0.18)合金都呈现典型的树枝晶结构。由于Zn元素的增加,(Mg_(97)Er_2Zn_1)_(99.82)Zr_(0.18)比(Mg_(97.5)Er_2Zn_(0.5))_(99.82)Zr_(0.18)的组织明显细化,二次枝晶臂的间距减小,第二相由非连续网状分布变成了片层状分布。Zr元素的添加使得合金晶粒细化,第二相呈现更加弥散分布,第二相组成没有发生变化,依然由X-Mg_(12)Er_1Zn_1相和(Mg,Zn)x Er相组成。随着Zn元素和Zr元素含量的增加,合金的力学性能明显提高。     

第一性原理研究Al-Y合金在压力作用下的晶胞结构、力学性质、热力学性质和电子结构（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了压力对Al-Y合金的晶胞结构、力学性质、热力学性质和电子结构的影响。结果表明:晶格常数、弹性常数和弹性模量的计算结果与先前理论计算和实验结果相一致;体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和德拜温度随压力增大而增大,而热熔则随压力的增大而减小;德拜温度按顺序逐步降低;通过Pugh准则(GB)预测出AlY和Al_3Y相是塑性材料,并随压力的增大塑性增加,而Al_2Y相是脆性材料,其脆性并未随压力增大得到改善;最后还分析了压力对AlY、Al_2Y和Al_3Y相的态密度和电荷布局的影响。     

Al对含有长周期有序堆垛结构Mg-Zn-Y-Mn合金组织和性能的影响

采用常规铸造方法制备了Mg_(94-x)Zn_(2.5)Y_(2.5)Mn_1Al_x(x=0,0.3,0.4,0.5)(a%)合金。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电子万能试验机等对合金的铸态显微组织及力学性能进行了全面的分析。结果显示随着Al含量的增加,晶粒逐渐细化,在镁基体形成了一种新的Al(Y,Zn)_2相,而长周期相随着新相的增加逐渐减少,导致合金的力学性能得到显著提高。当添加0.4 a%的Al时合金的抗拉强度达到最大值260MPa,同时伸长率达到5.4%,与Mg_(94)Zn_(2.5)Y_(2.5)Mn_1相比分别提高了36%和12.5。随着Al含量进一步增加,长周期相消失,性能恶化。     

热处理对Mg_(81)Ni_8Zn_5Y_6合金中长周期结构的影响

采用铜模铸造法制备直径为3 mm的Mg_(81)Ni_8Zn_5Y_6非晶复合材料,并分别在473和773 K条件下对材料等温热处理5 h。采用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法分别对铸态、热处理态复合材料的组织、相组成和结构进行分析,研究长周期(LPSO)相的热稳定性及不同长周期(LPSO)结构间的转化过程。结果表明:铸态Mg_(81)Ni_8Zn_5Y_6非晶复合材料的LPSO相为14H结构;473 K热处理5 h后,LPSO相转化为18R结构;773 K热处理5 h后,LPSO相转化为稳定的6H结构;成分和热处理温度均对长周期转化类型有影响。