合金元素对镁层错能和孪晶偏析能的影响规律及作用机制
3页1、合金元素对镁层错能和李晶偏析能的影响规律及作用机制镁合金具有密度小、比强度和比刚度高等显著优势,然而室温下的滑移系统少(仅有两个独立滑移系),导致其塑性变形能力很差。传统镁合金无法满足不同环境和工况对使役性能的需求,严重制约了其发展和在工程上的应用。因此,新型高强韧镁合金的研发和制备已成为国内外学者的研究热点。合金化可促进非基而滑移和学生等额外变形方式启动,是改善镁基体强度和塑性的有效手段:然而当前有关合金元素对镁基体性质的影响规律和作用机制的系统研究尚不完备。迫于合金设计的需要,亟需建立镁合金“数据库”,以优化出更多具有潜力的合金元素。广义层错能和李晶界偏析能作为揉合金“数据库”的两个重要物理参数,对预测合金的力学性能具有重要意义。具体来说,层错能降低表明位错和李晶形核的可能性增加,有助于启动额外变形方式;挛晶界偏析能降低代表溶质原子偏析的可能性增大,即对李晶性质的改善效果增强。本论文基于第一性原理计算,研究了合金元素的种类和含量对镁合金广义层错能和季晶界偏析能的影响规律和作用机制,为新型高强韧镁合金的成分设计提供借鉴和依据,主要结论如下:(1)研究了21种合金元素掺杂下镁合金广义层
2、错能的变化规律。基于基面和非基面滑移系统对塑性变形的贡献,提出了广义层错能权重模型,有助于衡量镁合金的整体变形能力;揭示出随合金元素与Mg原子半径差异增大,层错能降低的共性规律;在原子半径相近情况下,元素电负性越大,层错能越低:与比负性相比,原子半径对层错能的影响更大;该结果为新型高性能镁合金的成分设计提供了借鉴。(2)构建了广义层错能分布图,为预测合金元素对镁合金塑性的影响提供了依据。揭示出In、Li、Sn和Bi元素使层错能下降且在Mg中固溶度大,有助于提高镁合金的塑性:Cd、Al、Ag、Ga、Zn和Pb元素掺杂可使层错能较大程度降低,但同时引发晶格畸变,因而相应镁合金的塑性依赖于掺杂含量:Be、Si、Ge、Cu、Na、Sr和K元素虽然使层错能大幅下降,然而在Mg中固溶度很小,导致对塑性的改善有限;此外,Al、Sn共掺下12和T2层错能降低,即形成不全位错和李品的可能性增加,有助于改善镁合金塑性:揭示出新型HCP结构Au的基面层错能比纯Mg的低,导致其易于向FCC结构相转变。(3)选取典型的A1和Zn元素,研究了元素含量对镁合金广义层错能的影响规律。发现随A1或Zn含量升高,基面和非
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