Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究

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1、第48卷第4期2016年8月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsDOI：10．16356／j．1005—2615．2016．04．020Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究刘子利1王文静1刘希琴1刘洋1王渠东2(1．南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京，211106；2．上海交通大学材料科学与工程学院，上海，200240)V01．48No．4Aug．2016摘要：采用虚拟晶胞近似方法控制固溶体中的Er含量，基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法研究了Er对Mg—xEr(x=1at．％～6at

2、．％)固溶体的固溶强化作用。计算结果表明：Mg—xEr(x=1at．％～6at．％)固溶体的体模量(B)随Er含量的增加而逐渐增大，当Er含量为4at．％时体模量达到最高值，之后基本保持不变。剪切模量(G)和杨氏模量(E)随Er含量的增加而降低，当Er含量达到6％时，又略微增大。6种固溶体的G／B值均小于0．57，都是韧性材料。Er掺杂量为1at．％～5at．％的区间内，随Er含量的增加，固溶体的G／B值明显降低，泊松比(v)增大，合金韧塑性提高；当Er含量继续增大到6at．％，固溶体的G／B值有所升高，泊松比(v)减小，合金韧塑性下降。随着Er含量的增加，态密度整体向低能级区域移动

3、，费米能级低能级区域的成键电子数逐渐增多，同时底带宽度明显变宽，合金成键能力增强。在Er含量为1at．％～2at．％的区间内，受Er-4f电子影响总态密度图中出现了明显的赝能隙，费米能级在赝能隙高能侧，合金电子跃迁困难。当Er含量大于2at．％时，赝能隙变得不明显，费米能级处的态密度值比较高，合金活性增强。关键词：Mg—Er固溶体；第一性原理；固溶强化；态密度中图分类号：TGl46．2文献标志码：A文章编号：1005—2615(2016)04-0577-06First—PrinciplesStudyonSolidSolutionStrengtheningEffectofEronMgA

4、lloyLiuZilil，WangWenjin91，LiuXiqinl，LiuYan91，WangQudong2(1．CollegeofMaterialScienceandTechnology，NanjingUniversityofAeronautics8LAstronautics，Nanjing，211106，China；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai，200240，China)Abstract：Themethodofvirtualcrystalapproxim

5、ationisdeployedtocontrolthecontentofErinsolidSO—lutionandthefirst—principlepseudopotentialplanewave(PPW)methodbasedonthedensityfunctionaltheoryisusestostudythesolidsolutionstrengtheningeffectofEronMg—xEr(z一1at．％一6at．％)solidsolution．Theresultsindicatethatthebulkmodulus(B)raiseswiththeincreasingc

6、ontentofEr，whichpeaksat4at．％Erandremainsatalmostsame1evelafterwards．Young’Smodulus(E)andshearmodulus(G)dropwiththeincrementofErcontent，whiletheyincreaseslightlywhenErcontentreaches6at．％．TheG／BvaluesofsixMg—xEr(x=1at．％一6at．％)solidsolutionsarelessthan0．57，allthe基金项目：国家重点研发计划(2016YFB0301000)资助项目；江

7、苏省科技成果转化(BA2016039)资助项目；江苏省六大高峰人才计划(2014一XCL一005)资助项目；苏州市重点产业技术创新计划(SGC201539)资助项目。收稿日期：2014-03-06；修订日期：2015-12—18通信作者：刘子利，男，教授，博士生导师，E—mail：liuzili@nuaa．edu．ca。引用格式：刘子利，王文静，刘希琴，等．Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究[J]．南京航空航天大学学报，2016，48(4)：577—