第一原理合金热力学问题研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张会 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王绍青 |
| 关键词 | 合金材料 热力学 第一原理 alloy material thermodynamic first-principles |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | "计算材料学的最终目的可能就是可以完全按照人们愿望来设计材料。要实现这个目标，需要对材料行为的基本机制完全的了解，尤其是需要了解热力学、形核、相稳定性等热力学方面的信息。以密度泛函理论为基础的第一原理计算方法，不需要任何实验参数，在本质上具有预测性。本论文采用第一原理计算方法，对若干合金材料的热力学性质进行了研究，包括相稳定性、相变以及合金相的力学性质等等。 本论文共分八章。第一和第二章分别介绍了第一原理合金热力学方法的研究现状、理论和研究方法。在第三和第四章中，我们应用第一原理合金热力学方法研究了晶格振动效应对Al-Ti-和Al-Zr两个二元系中合金相稳定性的影响。计算出的Al-Zr系中的共析相变温度与实验结果符合得很好。我们的工作表明，晶格振动对某些合金系在高温下的相稳定性起着关键的作用，第一原理合金热力学方法，可以在不依赖实验数据的条件下，成功地预测合金的相平衡关系。 Al-Sc一般被用作高强度材料。Al-Sc合金的优良性能源于Sc在铝合金中能够析出稳定的L12 Al3Sc有序相。在周期表中与Sc近邻的元素M (M=Y，Ti, Zr, V, Nb, Ta...)经常被添加到AlSc合金中，以进一步提高其机械性能和降低成本。目前，添加元素M在Al3Sc中的占位以及Al3(Sc1-xMx)固溶体的稳定性还不清楚。在第五章中，我们的第一原理计算发现，Ti, Zr, Y 和 Ta倾向于替换Al3Sc中的Sc 原子，而Ni和Si 则倾向于替换Al原子。 镁合金是航空航天工业中使用较多的轻质结构材料，近几年其在汽车工业中的应用受到了更多的关注。如何提高镁合金的高温抗蠕变性能是当下镁合金研究的热点之一，具有很重要的理论和应用价值。 如今应用最广泛的镁合金为Mg-Al合金，人们主要采用添加合金元素的方法来强化Mg-Al合金，提高其抗蠕变性能。Mg-Al合金中加入Ca元素可以显著提高其抗蠕变性能，却同时发生了热裂缺陷。在第六章中，我们探讨了Mg-Al-Ca合金的热裂机制，发现，Mg2Ca的热膨胀行为与Mg基体比较接近，而Al2Ca的热膨胀系数则小得多，计算结果定性地揭示出了Al2Ca在合金热裂形成过程中扮演着重要的角色。 添加稀土元素可以有效地提高镁合金高温抗蠕变性能。La和Nd是镁合金常用的合金化元素，但两种合金强化相的种类不同，二者强化机理也不完全一样。在第七章中，我们应用第一原理计算方法，研究了Mg-La和Mg-Nd二元合金中的化合物的相平衡关系，计算了La和Nd在Mg中的溶解度，以及强化相的弹性常数。我们的工作丰富了Mg-La和Mg-Nd的相图信息，有助于理解不同稀土元素在镁合金中的强化机理。 第八章对本论文的研究内容做了总结。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64476]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张会. 第一原理合金热力学问题研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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