计算材料热力学与镁合金设计

计算材料学经过近30年的发展,已形成针对材料不同层次和尺度的理论模型,包括第一性原理计算、分子动力学、蒙特卡洛模拟、相场理论、CALPHAD技术及有限元分析等。其中计算材料热力学在多层次跨尺度材料设计中占据重要的地位。通过计算材料热力学获得的多元合金体系的相关系、相组成和相对量、相转变驱动力及其它热化学数据等基础性研究成果,将直接服务于相关材料的设计与研发。简要介绍了计算材料热力学的发展历程及其基本原理,结合Mg基合金设计过程,基于建立的部分Mg合金体系的热力学数据库,从固溶强化、时效强化、析出强化、晶粒细化、非晶形成能力等方面,对Mg合金体系的热力学评估方法和研究现状进行了概述,并根据Mg合金热力学数据库中关于Mg-Zn-Zr/Ca体系的热力学特征函数,计算相平衡关系,示例分析了Mg-Zn合金中Zr和Ca的合金化作用。