Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

Bi掺杂Mg2Si的稳定性,弹性性能和电子结构的第一性原理计算

从动力学角度研究合金元素Bi对Mg_2Si的掺杂情况,采用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法分析了合金元素Bi掺杂Mg_2Si的占位情况、结构稳定性、弹性性能和电子结构。计算结果表明:Mg_2Si、Mg-7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均可稳定存在于体系中,Bi原子优先占据Mg_2Si晶体中Si原子位置,Mg_8Si_4Bi间隙固溶体不稳定存在体系中;Mg_Si、Mg_7Si_4Bi、Mg_8Si_3Bi均为脆性相,掺杂合金元素Bi后可以提高Mg_Si的韧性、合金化能力和导电性;Mg_2Si的成键本质是金属键、共价键和离子键的结合,Bi原子掺杂Mg2Si后产生Bi-Si和Bi-Mg键合作用,有利于提高体系的稳定性。     

金属Mg晶格稳定性的第一原理电子结构计算

采用最小二乘法对SGTE纯单质数据库中金属Mg的Gibbs能表达式进行了重新评估,得到了比SGTE数据库更精确的结果;同时,将SGTE数据库的晶格稳定参数外推至0K,与第一原理总能赝势平面波方法的结果进行了对比,发现第一原理的晶格稳定参数结果为△Gbcc-hcp>△Gfcc-hcp>0,与SGTE外推结果一致。同时,研究还发现:第一原理总能平面波赝势方法计算的hcp-、fcc-和bcc-Mg的晶格常数和原子体积比实验值以及投影缀加波方法得到的结果偏大,结合能出现了完全相反的结果,并且3种结构的部分s态电子转化为p态电子形成了更强的化学键。     

zA62镁合金中AB_2型金属间化合物的结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包, 计算了ZA62镁合金中AB₂型金属间化合物 MgZn₂, Mg₂Sn和MgCu₂的结构稳定性、弹性性能与电子结构. 合金形成热和结合能的计算结果显示:  Mg₂Sn具有最强的合金化形成能力, 而MgCu₂结构最稳定; 体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(ν)的计算结果表明: MgZn₂和MgCu₂为延性相, 而Mg₂Sn为脆性相, MgZn₂的塑性最好; 采用弹性常数、体模量和结合能的经验公式计算金属间化合物的熔点, 实验值均在采用弹性常数(±300 K)和体模量(±500 K)计算熔点预测的范围内, 采用弹性常数比采用体模量和结合能预测熔点的平均相对误差小, 其中采用弹性常数计算Mg₂Sn的熔点与对应的实验值十分接近, 相对误差仅为0.31%. 不同温度下热力学性质的计算结果表明, 在298-573 K温度范围内, MgCu₂的Gibbs自由能始终最小, 其结构热稳定性最好, 结构稳定性的强弱顺序并不随温度的升高而消失; 而对MgZn₂和Mg₂Sn, 以475 K为临界, 结构稳定性的强弱顺序随温度的升高发生了变化; 态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明: MgCu₂ 结构最稳定的原因主要在于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的离子键作用.     

Al4Sr,Mg2Sr和Mg23Sr6相的电子结构与弹性性能的第一原理研究（英文）

采用第一性原理计算Al4Sr,Mg2Sr和Mg23Sr6相的电子结构与弹性性能。合金形成热与结合能的计算结果显示Al4Sr具有最强的合金化形成能力和最高的结构稳定性。通过计算弹性常数、体模量、剪切模量、弹性模量和泊松比,讨论了体系的韧性与塑性行为。结果表明,Al4Sr和Mg2Sr为延性相,Mg23Sr6为脆性相,在3种金属间化合物中,Mg2Sr的塑性最好。     

Pd3-xRhxV合金的结构和弹性性能的第一性原理计算

利用第一性原理对Pd3-xRhxV合金的2种结构（L12和D022）的相对稳定性、电子特性以及弹性性能等方面进行研究。计算结果表明：随着铑含量的增加,L12和D022型结构的合金晶胞体积均减小,晶胞有一定程度的压缩。与Pd3V相比,加入铑元素,有利于Pd3-xRhxV合金的2种结构的稳定,并且合金结构趋于从D022型转化为更加稳定的L12型。对合金电子结构（态密度）的计算和分析说明,随着铑的加入,在费米能级以下铑和钒的杂化作用越来越明显,进一步影响L12和D022结构的稳定性。还对Pd3-xRhxV合金的L12和D022结构的弹性常数,如体积模量（B）、剪切模量（G）、弹性模量（E）和泊松比（ν）等随着铑加入的变化规律进行计算和讨论。     

Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相稳定性与弹性性能第一原理研究

采用基于密度泛函理论的Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相的结构稳定性、弹性性能与电子结构。形成热和结合能计算结果表明:Al2Y具有最强的合金化形成能力和结构稳定性;热力学性质计算结果表明:在298~573 K温度范围内,Al2Y的Gibbs自由能始终最小,其结构热稳定性最好,Al2Ca次之,Mg17Al12最差,Y和Ca合金化Mg-Al系合金形成Al2Y及Al2Ca利于提高镁合金的高温抗蠕变性能;弹性常数的计算结果表明:3种金属间化合物均为脆性相,Mg17Al12的塑性最好;采用弹性常数计算结果预测的Al2Y熔点最高,其结构热稳定性最好。态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明:Al2Y结构最稳定的原因,主要源于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的共价键作用。     

压力下Mg-Al-Ca合金中Al_2Ca相结构、弹性及电子性能的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了不同压力下Al2Ca相的结构、弹性与电子性能。计算所得0 GPa下Al2Ca的晶格参数与实验和其他理论值相吻合。结果表明:随压力增大,Al2Ca相的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E增大,材料的硬度增大;且压力低于30 GPa时,Al2Ca为脆性相,之后随压力的增大,材料呈延性,增大压力提高了材料的塑性和延展性。态密度计算结果表明:在压力0~50 GPa下,随压力增加,结构稳定性变差,但其结构仍然是稳定的,没有发生相转变。     

Ca、Sr和Ba掺杂Mg_2Si弹性性能和电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波赝势方法研究了合金元素X(X=Ca、Sr、Ba)掺杂Mg2Si的占位情况:(1)取代Mg原子位置;(2)取代Si原子位置;(3)间隙固溶到Mg2Si晶胞中。分析合金系Mg7Si4X,Mg8Si3X,Mg8Si4X的形成热和结合能可知,Mg7Si4X的形成热和结合能均为负值,且最小。表明Mg7Si4X更容易形成稳定化合物,具有较强的合金化能力,且Ca,Sr,Ba掺杂Mg2Si时有优先占据Mg原子的倾向。研究Mg7Si4X的弹性模量和电子结构发现:Mg7Si4Ca、Mg7Si4Sr为脆性相;Mg7Si4Ba为延性相,塑性最好;掺杂Ca,Sr,Ba使Mg2Si逐渐由脆性向韧性转变。Ca,Sr,Ba的掺入均使Mg2Si的电子态密度发生偏移,费米能级处的电荷密度增加,导电性增强,共价键作用减弱,合金系结构稳定性减弱。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构,力学性质和光学性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg₃La具有最强合金化能力,而Mg₂La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg₂Y具有最强的抵抗变形能力,Mg₃La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg₂La塑性最强。进一步分析表明Mg₂Y和Mg₂La为延性相,而Mg₃La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg₃La的耐磨性最好,Mg₂Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。     

AB INITIO CALCULATION OF THE ELASTIC AND OPTICAL PROPERTIES OF Al_3Sc COMPOUND

The ab initio method has been performed to explore the elastic and optical properties of Al3Sc compound, based on a plane wave pseudopotential method. It can be seen that the calculated equilibrium lattice parameter and elastic constants are in reasonable agreement with the previous experimental data. The elastic constants satisfy the requirement for mechanical stability in the cubic structure of the Al3Sc compound. The optical property calculations show that a strong absorptive peak exists from 0-15eV and a relative small absorptive peak exists around 30eV. The form is caused by the optical transitions between high s, p, and d bands, and the latter results from the optical transitions from high s, p, and d bands to the low 2p band.     

冷加工和热处理对Nb及Nb合金弹性性能的影响

研究了冷加工和热处理对Nb及两种Nb基弹性合金弹性性能(包括弹性极限、弹性模量以及弹模温度系数)的影响。试验结果表明:(1)Nb—2Mo—2Zr—1Ti单相合金回复态弹性极限较冷轧态及再结晶态的皆高。时效硬化型合金Nb—40Ti—5.5Al,尽管冷轧态弹性极限较低,但经时效处理,弹性极限增加较多,而弹性模量只有少量变化,从而储能比(σ_?~2/E)大大增加(2)强烈冷变形态及再结晶态纯Nb弹性模量随温度变化(E—T)关系皆存在反常升高现象。强烈冷变形态Nb经600℃,4h处理,(回复态),E—T反常关系消失;而再结晶Nb经600℃,4h处理,反常关系不起变化。本文还讨论了无磁性的Nb弹性反常机理。     

INFLUENCE OF COLD-WORKING AND HEAT TREATING ON ELASTIC PROPERTIES OF Nb AND Nb-BASE ALLOYS

The elastic limit of single-phase alloy Nb-2Mo-2Zr-1Ti is higher as recovered state incomparison with as cold-rolled or recrystallized one.For Nb-40Ti-5.5AI alloy ofage-hardening type,the elastic limit is lower as cold-rolled state,but increases considerablyafter proper aging.However,its elastic modulus changes no more,so the stored-energy(σ_e~2/E)may raise significantly.The temperature dependence on elastic modulus for pureNb as intensely cold-worked or recrystallized state is anomalous.This anomaly may disap-pear after recovered treatment of intensely cold-worked state at 600℃ for 4 h.and maychange no more after that of recrystallized state.The anomalous behaviour of elasticity wasalso discussed on the non-magnetic Nb.     

Ti1-xVx及Ti1-xNbx合金晶格参数、体模量及相稳定性的第一原理研究

利用基于密度泛函理论的第一原理精确Muffin-Tin轨道(EMTO)方法结合相干势近似(CPA),研究了Ti_(1-x)V_x与Ti_(1-x)Nb_x合金中α(α′),ω及β相的晶格常数、体模量及相稳定性随成分的变化.结果表明,Ti-V合金中随着V含量的增加,α(α′)相晶格参数a_α减小,c_α/a_α略有增加,ω相晶格参数a_ω及c_/a_ω同时减小,β相晶格参数a_β减小;Ti-Nb合金中随Nb含量的增加,a_α几乎不变,c_β/a_α增加,a_ω增加,c_ω/a_ω减小,。a_β几乎不变.随V及Nb含量的增加,ω与β相的晶格错配度线性增加.V和Nb均能提高三相的体模量,且增加β相对于其它两相的稳定性.     

金属间化合物Mg_2Pb的电子结构和弹性性质

运用第一性原理方法计算了金属间化合物Mg_2Pb的电子结构以及弹性性质,并用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到Mg_2Pb的弹性模量和切变模量.结果表明:Mg和Pb对态密度的贡献主要是Mg的2p轨道和Pb的5d轨道,其次为Mg的3s轨道和Pb的6p轨道,Pb的6s轨道贡献最小;在Mg原子周围有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Pb之间存在共用的电荷,有较强的离域性,以共价键形式存在,但交界电荷的畸变不大,故共价键所占比例较少,金属键所占比例较大,Mg_2Pb化合物呈半金属性;Mg_2Pb的弹性模量和切变模量分别为68.6和27.9 GPa,Pugh经验判据和泊松比均表明Mg_2Pb具有脆性.     

Sn对镁合金显微组织和力学性能的影响

研究了Ｓｎ对镁合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,纯镁中加入Ｓｎ后能使纯镁铸锭中粗大的柱状晶转化为均匀的等轴晶,并有效地细化晶粒,同时在显微组织中形成具有立方Ｃ１结构的Ｍｇ２Ｓｎ颗粒相。由于Ｍｇ２Ｓｎ颗粒相显微硬度和熔点高,热稳定性好,因而对基体具有有效的弥散强化作用,提高了ＭｇＳｎ二元合金的室温及高温强度。在Ｍｇ９Ａｌ０．８Ｚｎ基合金中加入少量的Ｓｎ便能有效地提高合金的耐热性,而加入过多的Ｓｎ反而会导致合金高温强度下降。