al-ti-b强化铝合金机制第一性原理地的研究

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1、实用标准文案Al-Ti-B强化铝合金机制第一性原理研究摘要：第一性原理作为一种重要的理论研究方法和手段，目前已经得到广泛的应用。本文介绍了铝合金细化剂以及第一性原理计算的背景，重点分析了第一性原理探究Al-Ti-B强化铝合金机制的研究进展，并对第一性原理方法研究在铝合金细化剂领域应用作出展望。关键词：铝合金细化剂第一性原理机制1.引言铝是地壳中含量最丰富的金属元素,，但金属铝质地较软且强度较低，很难有广泛的工程应用。因此，将Mg、Si、Cu等元素掺入纯铝中，经适当处理后可以得到性能优良的铝合金。大量研

2、究和生产实践表明，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。此外，一些铝合金还可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。但随着铝合金在相关国家经济民生领域应用越来越广泛，对其性能的要求也进一步提升。铝合金的主要强化方式主要包括细化组织强化、固溶强化、时效强化、过剩相强化以及冷形变强化。相比较而言，细化组织强化是提高综合力学性能和机械加工性能最为有效的途径之一，它除了能够提高塑性变形能力，还可以改善第二相的形态、尺寸和分布，使

3、组织趋于均匀，减少偏析倾向。研究[1]表明：铝合金在铸态时，其最优的微观组织为等轴晶组织，且等轴晶的枝晶间距越细小、分布越均匀，越有利于提高其力学性能。目前，铝合金常用细化剂有Al-5Ti-1B[2,3]以及Al-5Ti-0.2C[4,5]等中间合金，它们对铝合金良好的晶粒细化效果已被大量研究所证明，且前者细化晶粒效果优于后者[6]，但两种中间合金的晶粒细化机制还有待于深入研究。已经提出的一些细化机制能够解释细化过程中的一些现象，但这些机制往往缺乏直接的证据，各种细化机制之间甚至存在一些相互矛盾之处。

4、第一性原理计算，即根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法。第一性原理计算方法有半经验方法不可比拟的优势，因为它只需要知道构成微观体系各元素的原子序数，而不需要任何其它参数，就可以应用量子力学来计算出该体系的总能、电子结构等物理性质。第一性原理计算既是真实试验的补充，通过计算可以模拟体系更接近真实的特征和性质，且与真实的试验相比，它还能更快地设计出符合要求的试验或者组份。近年来第一性原理计算，特别是基于密度泛函理论的第

5、一性原理进展，已经成为计算材料科学的重要基础和核心技术。而且，第一性原理方法计算过程中不含有可调节的经验参数，所得到的结果具有很高的准确性，从而在计算材料学中有着无法取代的地位。利用第一性原理计算可以预测材料的组分、精彩文档实用标准文案结构和性能的关系，可以模拟实现很多试验不能完成的工作。2.Al-Ti-B强化铝合金机制第一性原理研究进展随着计算机技术的发展，越来越多的人正在使用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件来从事高性能的计算研究，一些从事材料开发的科研工作者用它来解释实验结果，但是用它来研究A

6、l-Ti-B细化剂强化铝合金性能机制的还很少。采用第一性原理探究中间相对铝合金性能影响，主要对中间相析出的第二相粒子进行研究。Al-Ti-B中间相的第二相粒子为TiB2，它是TixBy最稳定且有六方晶格结构的化合物[7,8]。早期大多数对TiB2的研究集中于电子结构、各种模量以及各种能量，并没有解释其强化铝合金性能机制。1976年，Perkins首次利用量子力学计算研究了TiB2的电子能带结构[9]。Tian[10]选用自洽运算UMTO-ASA方法计算了TiB2的电子结构，发现费米能级的赝隙源于Ti原

7、子3d轨道电子共振现象以及Ti原子3d轨道和B原子2p轨道之间杂化效应的共同作用。Milman[11]发现TiB2具有较高的弹性各向异性。Panda[12]利用第一性原理HF方法计算了弛豫状态下TiB2的弹性模量以及泊松比，并根据其共价化学键结合以及TiB2组成原子之间电荷转移，表明TiB2具有高的弹性刚度。Han[13]研究了TiB2的能带结构、态密度以及马利肯布居数，证实了TiB2结合键成分为离子，共价以及金属键的混合体。Peng[14]利用密度泛函理论，通过准谐德拜模型并考虑声子作用，计算了在一

8、定压力下的总能、体积变化率、德拜温度以及比热。Wang[15]发现TiB2体积模量随着压力的增加而增加，随着温度的升高而降低，而且700K以下其热膨胀系数正比于比热。Li[16]计算了压力为0下不同温度时吉布斯形成能和热容，发现与实际情况吻合较好。Xiang[17]将第一性原理与声子色散计算相结合，计算得到的等熵弹性常数与力学性能与温度的关系符合现有试验。Al-Ti-B体系下TiB2的第一性原理研究较少，且仅限于一些基本的物理常数模拟计算。Li等人[18