论文部分内容阅读
Mg-Al合金由于其独特的优点,使得在航空、航天、运输等工业部门有着广泛应用前景。然而,Mg-Al合金由于存在热力学不稳定的71 21gAlM相,在150℃以上的环境下工作时,强度和抗蠕变性能急剧下降,因此采用合金化方法提高镁合金机械性能是一项值得期待的研究课题。本文以含稀土Ce的Mg-Al合金为研究对象,采用基于密度泛函理论的Castep和Doml程序软件包,计算了Ce在71 21gAlM相中的占位,以及Ce与Mg,Ce与Al形成金属间化合物的相结构稳定性、弹性性能和电子结构,取得结果期望为镁合金的开发与应用提供理论指导。计算了稀土Ce在71 21gAlM中的占位情况,发现未占位时,71 21gAlM晶胞的平衡晶格常数的计算值和他人的计算值与实验值比较吻合,表明本文采用的计算方法可靠,以此推论Ce占据Mg位形成22432MCeAlg、82426MCeAlg和242410MCeAlg等金属化合物晶胞的平衡晶格常数的计算结果也可靠;合金形成热和结合能的计算结果均表明:Ce较难占据71 21gAlM中的Mg位或Al位。计算了Mg、Al和Ce形成金属化合物的结构稳定性和力学性质。发现CeAl3、Al Ce、CeAl2、Mg Ce、CeMg3和CeMg2金属化合物晶胞的平衡晶格常数,本文的计算值与实验值和他人计算值基本吻合;合金形成热的计算结果发现:Mg Ce、CeAl2、CeAl3、CeMg3金属间化合物能形成稳定的结构。其中CeAl2、CeAl3相对于其它结构类型,具有最强的合金化形成能力;结合能的计算结果表明:结构稳定性由按递减排列为CeAl3、Al Ce、CeAl2、Mg Ce、CeMg3和CeMg2;不同温度下的Gibbs自由能的计算结果表明:结构稳定性由强到弱的排列顺序是CeMg2、CeAl2、Al Ce、CeMg3、CeAl3和Mg Ce;电子态密度的计算结果表明:结构稳定性的强弱取决体系费米能级处电子数的多少。计算了Al Ce、Mg Ce、CeAl2、CeMg2、CeAl3、CeMg3金属间化合物的弹性常数,发现本文计算值与他人计算值基本吻合;根据体模量与剪切模量的比值(B/G)计算,发现CeMg3、CeAl2和CeAl3为脆性相,Mg Ce、CeMg2和Al Ce为延性相,其中Al Ce的延性最好,CeMg2次之;根据杨氏模量(E)和波松比(ν)值的计算,发现Mg-Ce金属化合物中,CeMg2的塑性最好,而CeMg3的塑性最差,而Al-Ce金属化合物中,Al Ce的塑性最好,CeAl2的塑性最差。