稀土固溶强化镁合金作用机理的第一性原理研究

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1、毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：稀土固溶强化镁合金作用机理的第一性原理研究设计(论文)的基本内容：1.熟练掌握VASP软件的控制命令，了解理论晶格常数及弹性系数的作用和性质。2.熟悉Mg-RE固溶体的晶体结构及相关的部分力学性质。3.掌握利用第一性原理计算分析Mg-RE固溶体的力学性质，并根据计算结果预测其性能。毕业设计（论文）专题部分：题目：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期　　　　　　　　　　　　　第　　周指导教师签字：年　　

2、月　　日[键入文字]稀土固溶强化镁合金作用机理的第一性原理研究作者姓名：王睿指导教师：孟祥颖副教授单位名称：理学院专业名称：应用物理学东北大学2012年6月[键入文字][键入文字]First-PrincipleCalculationsontheMechanismofSolidSolutionStrengtheninginMg-REAlloysbyWangRuiSupervisor:X.Y.MengNortheasternUniversityJune2012[键入文字]东北大学毕业设计（论文）目录目录摘要1Abstract2第1章绪

3、论31.1镁合金的发展现状及前景31.1.1镁合金的发展现状31.1.2镁合金的发展前景41.2第一性原理方法51.3本工作的研究内容及意义51.4镁及镁合金61.4.1概述61.4.2镁的基本性质61.4.3镁合金的特性71.5稀土镁合金81.5.1稀土在镁合金中的作用81.5.2稀土对镁合金的固溶强化8第2章密度泛函理论122.1密度泛函简介122.2密度泛函理论基本概念122.2.1从波函数到电子密度122.2.2Hohenberg-Kohn定理132.2.3Kohn-Sham方程142.3交换关联函162.3.1局域密度近

4、似（LDA）162.3.2广义梯度近似（GGA）172.4VASP软件简介18[键入文字]东北大学毕业设计（论文）目录第3章Mg-RE固溶体结构及弹性模量的计算模型203.1固溶体结构与性能的计算20第4章稀土镁合金的性质第一性原理研究294.1电子结构294.2晶格常数、形成能和结合能304.3弹性常数及合金性能32第5章结论37参考文献38结束语41外文原文42外文翻译49概要491.绪论492.第一性原理理论503．镁合金发展的第一性原理计算513.1相图计算热力学模型的能量学513.2镁的溶质-空位结合能553.3β-Mg

5、17Al12的点缺陷形成能594.结论61致谢61参考文献61[键入文字]东北大学毕业设计（论文）摘要摘要镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，它具有密度小、高比强度、高比刚度、优良的导热性和导电性、良好的尺寸稳定性、电磁屏蔽性和易于回收等特性。但镁合金的强度总的来说均低于铝合金，此外，高温性能差也是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一。所以提高镁合金的室温和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题。在镁合金中添加稀土元素能明显提高镁合金的室温和高温强度。本文以镁稀土合金为研究对象，从原子尺度研究了镁稀土合金固溶体的一些热学和力学基

6、本性能。我们利用基于第一性原理的VASP(ViennaAb-initioSimulationPackage)软件包，系统研究了8种Mg-RE(RE=SC,Y,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm)固溶体的晶格常数及弹性常数（包括体模量、剪切模量、杨氏模量以及泊松比等）。通过形成能和结合能的计算，我们首先判断了Mg-RE合金的热学及力学稳定性；然后利用能量-应变关系模型，计算不同成分下的固溶体的弹性常数，分析了弹性常数与合金力学性能的关系；最后由体模量、剪切模量、杨氏模量以及泊松比等，预测了Mg-RE固溶体的部分力学性质。关键词：第一

7、性原理，固溶强化，稀土镁合金，弹性常数61东北大学毕业设计（论文）AbstractAbstractMg-basedalloysarethelighteststructurematerialsforvariousapplicationalloys,duetotheirlowdensity,highspecificstrength,highspecificstiffness,excellentheatconductionandelectricconduction,gooddimensionstability,electromagnet

8、icshieldingandeasyrecovery.However,thestrengthofMgalloysisinferiortoAl-alloys.TheuseofMg-alloyshasbeenlimitedduetopoorhighte