Mg₁₃Al₁₄和Mg₁₇Al₁₂中间合金的第一性原理研究

周勇¹，党墨含¹，孙良¹，翟文彦¹，董会¹，高倩¹，赵飞¹，彭建洪²

1. 西安石油大学材料科学与工程学院2. 青海民族大学物理与电子信息工程学院

摘 要：Mg-Al合金具有密度小、刚度好、强度质量比极佳、可铸性以及延展性良好等优点,可作为一种性能优异的轻量级结构材料。Mg₁₇Al₁₂作为其中的中间合金,具有阻碍位错运动来强化晶界的重要作用。本工作采用第一性原理方法,系统研究了Mg₁₃Al₁₄和Mg₁₇Al₁₂两种中间合金的晶体结构、电子结构及力学性能。研究结果表明:Mg₁₃Al₁₄的原胞结构不具有热力学稳定性,而Mg₁₃Al₁₄初胞结构热力学稳定,且稳定性高于Mg₁₇Al₁₂;通过电子结构分析发现,Mg₁₃Al₁₄和Mg₁₇Al₁₂均具有很强的金属性,且Mg₁₇Al₁₂的离子性略强于Mg₁₃Al₁₄,因此Mg₁₇Al₁₂具有更高的结构稳定性;通过力学参数计算,可以得出二者的初胞均具有良好的力学稳定性,而Mg₁₃Al₁₄的原胞不具有力学稳定性。其中Mg₁₃Al₁₄表现为延性材料,Mg₁₇Al₁₂表现为脆性材料; Mg₁₃Al₁₄初胞的可塑性更好,抵抗剪切形变的能力强于Mg₁₇Al₁₂; Mg₁₇Al₁₂的刚性更高,抗塑性变形能力强于Mg₁₃Al₁₄; Mg₁₃Al₁₄和Mg₁₇Al₁₂均表现为弹性各向异性;对于Mg-Al合金,中间合金初胞结构的Mg₁₃Al₁₄的综合力学性能优于Mg₁₇Al₁₂,但原胞的热力学稳定性较差,与Mg₁₇Al₁₂相比不利于提升Mg-Al的热稳定性。

关键词：Mg-Al合金;第一性原理;电子结构;力学性能;