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Al_3Sc和Al_3Mg广义平面层错能及稀土元素对镁层错的影响

作　者: 武健
导　师: 唐壁玉
学　校: 湘潭大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: Mg-Al-Sc合金 广义平面层错能 延展性 层错 第一性原理
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


拥有密度小、比刚度和比强度较高、电磁屏蔽能力强、回收容易等优良性能的镁合金以及镁铝合金是一种良好的轻质结构材料,现在已经被广泛应用在航空航天、电子、汽车等行业中。然而,由于镁合金本身拉伸强度有限、延展性差、易燃烧以及高温抗蠕变能力有限,使得在现代工业领域中经济实用型的镁合金应用市场仍然十分的有限。为进一步提高这些镁合金的机械性能,人们进行了大量的实验探索,实验研究表明,添加稀土元素可以明显增强镁合金的力学性能。然而,目前大部分关于稀土镁合金的工作仅限于实验研究,在理论研究方面还是比较少,尤其是缺少对镁合金的塑性变形机理的研究。最近几年,基于广义平面层错能来研究面心立方体结构合金的形变机制已经引起了人们的广泛关注。为此,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Al-Mg-Sc合金相的形变机制和力学性能,此外还就稀土元素对纯镁基面层错及一些力学性能的影响做了研究和讨论。论文主要内容如下:1.利用第一性原理的方法计算了Al-Mg-Sc合金中的二元面心立方结构相Al3Sc和Al3Mg的广义平面层错能曲线,并得到了三层厚度的层错是最小的孪晶核,这与Mahajan等人的报道相一致。并对Al3Sc和Al3Mg的孪晶化能力进行了比较研究。同时计算了Al3Sc和Al3Mg的表面能,并且根据Rice判据来分别判定它们延展性的强弱。计算的态密度和电荷密度从微观上进一步揭示滑移过程中的形变机制,结果表明:由于电荷密度在层错处发生了剧烈的变化以及价电子存在着轨道杂化作用,从而导致了Al3Sc和Al3Mg具有较高的层错能,因此发生位错形核较困难。2.通过密度泛函理论的计算,分别得到了添加Y,Sc,Nd,Eu和Er之后的镁合金最容易滑移面上的广义层错能曲线,结果表明:这些稀土元素明显的降低了纯镁的层错能,尤其是不稳定层错能,从而使得发生外延型部分位错的趋势变的更强了,同时也使镁合金的延展性变的更好。利用Rice判据可知添加Eu之后,镁合金的延展性最好。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 镁合金简介  9-12
    1.2.1 镁及镁合金  9-10
    1.2.2 镁合金的发展和应用  10-11
    1.2.3 镁合金性能提高的方法措施  11-12
  1.3 镁铝合金的研究概况  12-13
  1.4 稀土镁合金的研究与开发  13-14
  1.5 镁合金的塑性变形  14
  1.6 研究目的、意义及内容  14-16
    1.6.1 研究目的和意义  14-15
    1.6.2 研究内容  15-16
第2章 理论方法  16-26
  2.1 绝热近似和单电子近似  16-18
    2.1.1 绝热近似  16-17
    2.1.2 单电子近似  17-18
  2.2 密度泛函理论介绍  18-20
    2.2.1 Hohenberg-Kohn 定理  18
    2.2.2 Kohn-Sham 方程  18-20
  2.3 交换关联泛函  20-22
  2.4 平面波基组和赝势方法  22-24
    2.4.1 平面波基矢  22-23
    2.4.2 赝势方法  23-24
  2.5 投影缀加波方法（PAW）  24
  2.6 结构处理  24-26
第3章 A1_3Sc 和A1_3Mg 的广义平面层错能、孪生和延展性  26-36
  3.1 引言  26-27
  3.2 计算方法及参数设置  27
  3.3 计算结果及讨论  27-35
    3.3.1 广义平面层错能  27-30
    3.3.2 孪晶化能力  30-31
    3.3.3 电子结构分析  31-35
    3.3.4 延展性  35
  3.4 小结  35-36
第4章 稀土元素对纯镁基面上层错的影响  36-40
  4.1 引言  36
  4.2 计算方法和参数设置  36-37
  4.3 计算结果及讨论  37-39
    4.3.1 广义层错能  37-38
    4.3.2 延展性  38-39
  4.4 小结  39-40
第5章 总结与展望  40-42
  5.1 总结  40
  5.2 展望  40-42
参考文献  42-47
致谢  47-48
在学期间发表的学术论文与研究成果  48

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 镁
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