高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力学性质的第一性原理计算.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62．No．1(2013)016106高温高压下Ag—Mg—Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力学性质的第一性原理计算冰卢志文仲志国刘克涛宋海珍李根全十(南阳师范学院先进材料研究所，南阳473061)(2012年9月11曰收到；2012年10月21日收到修改稿)采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了Ag—Mg—Zn合金中金属问化合物AgMg，Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在高温高压下的结构稳定性、弹性性能和热动力学性质．理论计算结果与实验值和其他的理论结果符合得非常好．研究表明：

2、金属问化合物AgMg，Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在零温零压下是力学稳定的；Mg4Zn8和AgsMg4Zn4为延性相，而AgMg则为脆性相；在这三种金属间化合物中，Ag8Mg4Zn4的塑性最好，AgMg的塑性最差．利用准谐Debye模型，讨论了高温高压下Ag．Mg．Zn合金中金属问化合物的摩尔振动内能Uvib．m，摩尔Helmholtz振动自由能AibIm，摩尔振动熵Svib-m’摩尔定容热容lm，摩尔定压热容-m，热膨胀系数，Grtineisen参量Jy和Debye温度0．关键词：Ag-Mg—Zn合金，高温高压，结构稳定性，热动力

3、学性质PACS：61．66．Dk，62．50．一p，71．15．MbDOh10．7498／aps．62．016106学显微镜、x射线衍射分析以及抗拉和蠕变测试，1引言Yang等I9J研究了热处理对Mg．Sn．Mn合金组织和性能的影响．以Miedema生成热模型和Toop模型镁是自然界中分布最广的元素之一，居第八位，为基础，参考三元合金溶体中金属间化合物析出行约占地壳质量的2．35％[1】．与其他金属结构材料相为的热力学模型，石国梁等[1o】计算了Mg—Zn—Mn比，镁及其合金具有比强度和比刚度高，减振性、三元合金中Mg和zn的活度，进而

4、求出重要强化相电磁屏蔽性能和抗辐射能力强，易切割加工，可回MgZn析出反应的Gibbs自由能变化与温度的关收等一系列优点，在航空航天、交通运输和电子工系．利用全势线性缀加平面波法，Tang等研究了业等领域有着重要的应用价值和广阔的应用前景，Mg97Y2Zn】合金中18R型长周期堆垛有序(LPSO)是继钢铁和铝合金之后发展起来的又一类金属结相的微观结构，从理论上确定Zn原子和Y原子在构材料，被称为“绿色”工程材料[2-4J．随着对镁合LPSO相中的排列．研究结果表明：添加原子首先分金材料的深入研究和广泛应用，其微观结构及力学布在18R型L

5、PSO相两端的层错层，然后向内部的性能越来越受到人们的关注[5-8】．层错层延伸．董明慧等[12]利用基于DFT的第一性运用基于密度泛函理论(DFT)的CASTEP和原理方法，计算了纯金属A1和A1Mg合金在(111)Dmol程序软件包，周惦武等研究了Mg—A1一Ca晶面沿[112】晶向滑移的层错能和孪晶形变能，分合金中金属问化合物的力学性质与热力学性能．结析了Mg含量及占位对层错能和孪晶形变能的影果表明：DI3型结构A14Ca为延性相，C15型结构响．邱克强等_l3_采用x射线衍射仪和差分扫描量A12Ca和C14型结构Mg2Ca为脆性

6、相，三种金属问热计、扫描电子显微镜和力学性能试验机分别对化合物中，C15型结构A12Ca的塑性最差．通过光Mg．Zn．Ca合金的非晶形成能力和相组成、断口形河南省自然科学基金(批准号：112300410112，112102210019)、河南省高等学校青年骨干教师资助计划(批准号：2012GGJS一152)、南阳师范学院自然科学基金(批准号：nytc2006kl02)资助的课题．t通讯作者．E—mail：lgq6104@126．com@2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．a

7、c．cn～一016106．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．1(2013)016106表1Ag—Mg—Zn合金中单质和金属间化合物的晶格常数a和c，密度p及原胞体积的理论值和实验值结果与实验结果[19-26]符合得非常好．对单质Ag其中为形变前单胞的体积．和Zn计算得到的原胞体积与实验值的偏差分别为对于立方晶系，具有三个独立的弹性常数Cll，3．98％和1．32％，而对于单质Mg，理论结果则与实C12和C44．弹性模量日和剪切模量G可以表示为这验值仅有0．002％的偏差；虽然金属间化合物AgMg三个独立弹性常数的函

8、数形式[26]，即原胞体积(0．036594am)与实验值(0．033700nm)B0：v：R：，相比有一定的偏差，但是和文献[2O，21]所测得的实验结果(0．036280和0．036390am)相比却符