溶質(zhì)原子對鎂固溶體合金層錯的影響及鎂位錯性能的研究.pdf

1、鎂合金作為一種優(yōu)異的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,具有密度小、比剛度和比強度高、電磁屏蔽能力強、易回收等優(yōu)點,在很多領(lǐng)域如汽車、電子、航空航天等得到了廣泛的應(yīng)用。然而,其有限的延展性和高溫抗蠕變能力以及易燃等缺點,阻礙了它在現(xiàn)代工業(yè)市場的發(fā)展。為此,材料研究者們做了大量工作,發(fā)現(xiàn)過渡金屬和稀土元素(RE)的加入可以使鎂合金的力學(xué)性能明顯增強,而鎂合金力學(xué)性能與其缺陷如層錯、位錯密切相關(guān)。因此,理論研究溶質(zhì)元素對鎂合金層錯的影響是很有必要的,而且研究鎂的

2、位錯對提高鎂合金的綜合性能具有很重要的指導(dǎo)意義。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法研究了常見稀土元素(RE)和典型過渡金屬Zn對Mg固溶體層錯和延展性的影響,此外還對純鎂位錯位錯核相關(guān)性質(zhì)進行了研究。論文主要內(nèi)容如下:
　　1.根據(jù)密度泛函理論,研究了稀土元素如鐠(Pr),釹(Nd),釓(Gd),鋱(Tb)和鏑(Dy)對鎂合金基面四種層錯的影響,從廣義層錯能面/線發(fā)現(xiàn):這些稀土元素明顯的降低了純鎂的層錯能,且隨稀土原子序

3、數(shù)增大,降低的效果越來越弱。加入稀土元素后,Mg-RE固溶體合金的I2層錯能降低,導(dǎo)致層錯構(gòu)型更加穩(wěn)定,延展性變好。γis/γus比值表明稀土元素的加入促進了位錯分解。最后,通過電子結(jié)構(gòu)分析進一步揭示了稀土原子對鎂固溶體合金層錯影響的內(nèi)在機制,發(fā)現(xiàn)層錯能的降低與電荷轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。
　　2.利用第一性原理的方法計算了Y、Zn對Mg-Y-Zn固溶體合金的I1和I2層錯的影響,結(jié)果表明:單個Y原子和單個Zn原子對鎂固溶體穩(wěn)定和不穩(wěn)定層錯

4、能作用效果相反,而Y和Zn的同時加入將使穩(wěn)定和不穩(wěn)定層錯能降低得更多。對I2層錯研究表明,Y、Zn的同時加入使層錯構(gòu)型更加穩(wěn)定,使延展性變好。γis/γus比值表明Y,Zn的加入促進了位錯分解。最后,通過電子結(jié)構(gòu)分析,進一步揭示了層錯能的大大降低是由于Y-Zn之間較強的共價鍵使滑移面間相互作用增強造成的。
　　3.利用基于廣義層錯能曲線的Peierls-Nabarro模型計算了鎂在(0001)<1010>、(0001)<1120>