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作为最轻的结构合金之一,镁合金研究随着结构合金轻量化的发展趋势而备受瞩目。理解镁合金的结构特性和扩展镁合金的应用领域正逐渐成为材料科学的研究热点。镁合金有限的强度是其应用受到限制的主要原因。作为合金强化的主要途径之一,时效硬化通过在时效过程中高强度沉积相的生成,阻碍合金中的位错运动,从而达到结构强化的目的。沉积相的热力学形成能是决定沉积相稳定性及其形成顺序的最关键因素之一,而对形成能的实验测定却通常比较困难。基于第一性原理的密度泛函理论,可以对合金中沉积相的形成能(0K)进行直接计算,从而促进时效强化的强化机理分析。通过对所有实验已知沉积相及预测沉积相的第一性原理高通量计算,可以构建沉积相热力学性能数据库。此类数据库将会对未来的新型镁合金材料的设计和应用起到重要的指导和辅助作用。 在本课题中,我们结合了第一性原理计算与晶体结构预测方法对关键时效硬化镁合金沉积相的稳定性进行了热力学分析。镁合金重要的沉淀相依照其成分被划分为镁-单稀土元素,镁-双稀土元素,镁-稀土元素-锌,镁-锌,镁-铝,镁-锡,镁-钙-锌,镁-铝-钙等一系列体系。我们计算了所有体系中的对应重要相的热力学性质,构建了凸包并分析了这些相的稳定性和沉积顺序。所进行的热力学分析基本验证了已知实验观测结果。基于密排六方结构群,对以镁、锌、钛、锆为基体掺杂常见合金元素(73种)的所有密棑六方相的形成能进行了高通量计算,与原有数据库(OQMD)搭配,构成了较为完整的镁合金沉积相数据库。利用此数据库结合先进的结构预测算法,对缺少确定实验结构的沉积相进行了结构分析,预测了其基态晶体结构。通过搭建 G.P.区的单层结构模型,成功解释了 Mg-Nd-Zn合金系统中γ′′(Mg5(Nd,Zn))相的生成和演化机理。本文对镁合金强化沉积相进行了深入研究和探讨,为未来的镁合金时效强化研究提供了方向。