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Al基金属间化合物具有密度低、强度高、塑性好,且具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,在工业上得到广泛的应用。
本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理计算方法,对Al-Sr、Al-Mg-Si和Al-Cu-Mg-Si系列Al基金属间化合物的热力学性质、弹性性质和热物理性质进行了计算研究并对Al-Cu-Mg-Si四元析出相的电子结构进行了分析。主要结论如下:
1、通过比较形成焓,得到Al2Sr的CeCu2-型结构比Cu2Mg-型结构稳定;Al7Sr8比AlSr稳定。Al-Sr金属间二元化合物最稳定的相是具有CeCu2-型结构的Al2Sr。在Al-Cu-Mg-Si四元析出相中,计算表明Al3Cu2Mg9Si7是最稳定的成分。
2、对Al-Mg-Si系统,其杨氏模量和剪切模量都随析出序列的演变而增大。所有Al-Cu-Mg-Si四元析出相的体积模量与剪切模量之比B/G都在3左右,根据Pugh的判据,Al-Cu-Mg-Si合金显示出比较好的延展性。随着Al/Mg含量比值的增加,其弹性相关量都增大,而随着Si的增加,变化的趋势相反。
3、Mg2Si的德拜温度和热容等热物理性能的计算结果与现有的实验和理论研究符合得很好。
4、对Al-Cu-Mg-Si四元析出相的电子态密度的分析结果显示:费米面上总的电子态密度n(EF)是随着杨氏模量的增大而减小的。一般来说,最低赝隙的电子态密度n(E)越小,其化合物越稳定。结果与从形成焓得出的结论是一致的,即Al3Cu2Mg9Si7是最稳定的化合物。电荷面密度的结果表明,该合金组元之间存在有金属键、共价键和离子键。