Y掺杂MgZn2稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算

摘要：

目的 稀土元素Y掺杂是改善 7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对 7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了 7xxx系铝合金的进一步发展.采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对 7xxx系铝合金中重要析出相MgZn2的影响机理,为 7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据.方法 构建适于第一性原理计算、Mg/Zn 的原子数分数比为 1∶2 的晶体模型,Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂,通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析 Y 掺杂对 MgZn2 能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理.结果 经 Y 掺杂后,形成 3 种固溶体Mg3Zn8Y、Mg4Zn7Y-1 和Mg4Zn7Y-2,它们的形成热均小于 0,即它们均可自发形成且稳定存在.通过结合能计算发现,3 种固溶体的结合能都小于MgZn2 的结合能,说明Y掺杂促进了MgZn2的稳定性.通过电子结构分析发现,Y 掺杂后与 Mg、Zn 原子形成强的共价键,增强了体系的稳定性,Mg-Zn 原子间形成了强离子键,MgZn2中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键.力学性能计算结果表明,经Y掺杂后MgZn2 的硬度降低、韧性上升,即 Y 掺杂增强了 7xxx 系铝合金中重要弥散析出相 MgZn2 的韧性,从而提升了 7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力.结论 基于计算结果分析得出,Y掺杂提升了MgZn2的稳定性、键合强度和断裂韧性,相关计算分析为微量Y掺杂增强 7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导.

关键词：MgZn2、Y掺杂、电子结构、力学性能、第一性原理计算

所属期刊栏目：52

分类号：TG135(金属学与热处理)

在线出版日期：2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：444-450