Al-Mg-Si合金亚稳相的电子结构与合金性能

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1、AI—Mg—Si合金亚稳相的电子结构与合金性能摘要AI．Mg-Si合金在时效过程中析出的亚稳相对合金性能(如强度和韧塑性等)有重要影响，研究合金的亚稳相正成为研究铝合金材料的一个新亮点。从亚稳相的原子键络和电子结构这一微观层次与合金性能关系进行研究的，目前在国内外还未见有相关报道。本文采用EET理论和改进的TFD理论相结合的方法率先从价电子结构层次深入系统地对几个亚稳相GPZ(MgSi、A12MgSi、A16MgSi)、U1(MgAl2Si2)和U2(M94AhSi4)的电子结构进行计算研究，从理论上探索合金亚稳相强化作用的微观机理。计算研

2、究的主要内容与结果如下：1．对亚稳相的价电子结构与结合能进行计算研究。计算结果表明，各亚稳相中，相结合强度最强的是U1相，相稳定性最好的也是U1相；各亚稳相的析出都可增强合金的整体键强，提高合金的强度，并进一步证明了在U1相和U2相中都形成了以砧。Si键为骨架的网状结构；结合能理论计算值与实验值符合得较好，进一步证明了各亚稳相中各原子所处状态的合理性。2．对亚稳相与基体间形成界面的电子结构进行了计算研究。计算结果发现，GPZ与基体间形成的界面电子密度都连续，U1和U2相与基体间形成的界面电子密度都不连续；但亚稳相GPZ、U1和U2的析出都可

3、使合金表面得到强化与增韧。3．应用改进的Becker模型计算了亚稳相与基体间形成界面的界面能，结果都是在合理范围之内。计算结果发现，两个U相中，U1相与基体间形成的界面a--Al(001)／U1-(100)比较稳定，更有利于合金表面的强化。4．从定义相结构因子11A、ON、F、S和界面结合因子P、△p、o、o’来总结分析亚稳相的析出对合金性能(如强度、韧塑性和表面强化等)的影响，发现亚稳相GPZ、U1和U2对合金性能的影响有重要意义。关键词：EET理论TFD理论AI—Mg—Si合金亚稳相电子结构结合能界面能合金性能THEELECTRONST

4、RUCTURESoFMETA．STABLEPHASESFROMAL．MG．SIALLoYANDALLoYEDPRoPERTIESABSTRACTnlemeta-stablephasesprecipitatedfromagingprocessofAl—Mg—Sialloyinfluencelargelytothepropertiesofalloy(such褐strength、tenacityandplasticity)．nleresearchofmeta-stablephasesisbecominganewareainresearchinga

5、luminiumalloy．Presently,therelativereportsthatresearchingofrelationsbetweenthemeta-stablephasesandthepropertiesofalloyfromthemicro．1evelsonbondingnetworkofatomandelectronstructurearenotseen．，nleelectronstructuresofseveralmeta-stablephasesaboutGPZ(MgSi、A12MgSi、A16MgSi)、U1(M

6、gAl2Si2)andU2(M94A14Si4)arecomputedandanalyzedtakingtheleadinvalenceelectronindepthandbythenumbersbyEETtheoryandmodifledTFDtlleoryinthePaper．Sothemicro-mechanismsaboutthereinforcementofmeta-stablephasestothealloycanbeexploratedintheory．Themaincontentisasfollows：1．Thevalenc

7、eelectronstructuresandbindingenergyofmeta-stablephasesarecomputed．TheresultsindicatethatthebondingstrengthandthephaSestabilityofU1arebest．andthemeta-stablephaSesCanenhancethewholeatombondsandthestrengthofalloy,andthefactaboutbondingnetworkofA1．SiexsitinUlandU2．Thecalculate

8、dtheoreticalvalueandexperimentalvalueofbindingenergyaremuchcompatible．ThiSconfmnstheratio