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《稀土鋁、鎂合金熱力學(xué)性質(zhì)的第一原理計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要第一原理計算不依賴任何經(jīng)驗參數(shù)即可合理預(yù)測微觀體系的狀態(tài)和性質(zhì)，準(zhǔn)確地計算和預(yù)測穩(wěn)定相、亞穩(wěn)相甚至虛擬相的物理、化學(xué)性能，從而使材料研究者可以利用這些相的物理化學(xué)性能進行材料優(yōu)化設(shè)計。AI．RE和Mg．RE--元合金是現(xiàn)代稀土輕合金研究的基礎(chǔ)，然而關(guān)于這些合金的熱力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及相關(guān)的熱物理性能的研究很少，這阻礙了稀土鋁、鎂合金的進一步研究以及新型材料的設(shè)計和開發(fā)。為了加速對稀土鋁、鎂合金的研究，本文將用目前成熟的密度泛函理論對這些合金的熱力學(xué)以及力學(xué)性質(zhì)進行深入的計算研究。首先，本文利用第一原理計算獲得了AI．RE和Mg．
2、RE二元合金體系的558個金屬間化合物的合金形成焓，準(zhǔn)確地預(yù)測了34個A1．RE和Mg．RE二元合金體系中合金相的絕大多數(shù)基態(tài)結(jié)構(gòu)；計算還預(yù)測了Mg．RE二元合金體系潛在的亞穩(wěn)相，對于豐富與完善為鋁基和鎂基合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫具有重要價值。其次，結(jié)合第一原理和德拜模型對B2．A1RE、C15一A12RE和L12一A13RE化合物的力學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及熱物理性能等進行了系統(tǒng)地計算和預(yù)測。晶格常數(shù)、彈性常數(shù)以及德拜溫度等的計算值和實驗值相符；體積模量和剪切模量之比B／G值顯示：在B2一AIRE中，B2一AIEu和B2．AIYb呈脆性，其它化
3、合物都呈延性；C15．A12RE和L12．A13RE化合物都呈脆性。再次，系統(tǒng)地計算和預(yù)測了B2．MgRE體系的力學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及熱物理性能等。晶格常數(shù)的計算值和實驗值吻合；彈性常數(shù)和彈性模量的計算值和實驗值進行比較發(fā)現(xiàn)B2．MgCe的C’值符合的很好，而B2．MgTm彈性常數(shù)的誤差在25％以內(nèi)；體積模量和剪切模量之比B／G值顯示輕稀土部分的偏脆性，而重稀土部分的偏韌性。最后，結(jié)合第一原理方法、Miedema理論和計算相圖方法(CALPHAD)對Mg．Eu體系進行了熱力學(xué)優(yōu)化。本文首先利用Miedema理論計算了Mg．Eu的液相混
4、合焓，結(jié)合第一原理計算的化合物形成焓以及相圖實驗數(shù)據(jù)，選擇合理的模型，用優(yōu)化計算了Mg-Eu二元體系的相平衡關(guān)系，獲得了一組合理的參數(shù)。關(guān)鍵詞：稀土鋁合金，稀土鎂合金，熱力學(xué)性質(zhì)，彈性性質(zhì)，第一原理，相圖計算IlABSTRACTWiththedevelopmentoffirst-principlescalculationsindependentofanyempiricalparameters，thermophysicalpropertiesofmaterialscanbepredictedwhichareimportanttosetu
5、pamaterialsdatabase．InordertoacceleratematerialsdesignofAl-andMg-basealloystoestablishrelativecompleteddatabases，thermodynamicandmechanicalpropertiesofsomephases(includingstableormetastableorhypothesized)intheAI-REandMg—REsystemswerestudied．Firstly,formationenthalpiesof
6、558intermetalliccompoundsintheA1--REandMg·-REbinarysystemswerecalculatedbymeansoffirst—principlescalculations．Thermody‘namicstabilitiesofthestudiedphasesarecalculatedandshowgoodagreementwithexperiments．Moreover，lotsofthepotentialphaseswerealsopredictedfortheMg-REbinarys
7、ystems．Secondly,combiningfirst—principlecalculationwithDebyemodel，mechanicalproperties，electronicstructureandthermophysicalpropertiesoftheB2一AIRE，C15一A12REandL12-A13REwerefurtherpredicted．Thecalculatedlatticeconstants，elasticconstantsandDebyetemperaturesarecoincidentwit
8、htheexperimentaldata，andthecalculatedB／GratiosindicatethattheB2．AlEuandB2．AlYbarebrittlewhileotherB2．AlREIIIar
