LaMg3和LaCuMg2力学性能的第一性原理研究

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镁合金是一种优良的结构材料,具有高的比强度和刚度而引起电子产品,汽车行业和航空航天业的广泛关注。然而,由于自身性能的不足镁合金在现代工业的应用受到限制,例如:抗蠕变性能差,在高温条件下抗氧化能力不足、易燃烧。此外,因为镁合金有着非常高的储氢能力,而且价格低廉,来源广泛。故镁合金也被认为是有巨大潜力的储氢材料。然而,镁合金作为储氢材料在存在动力学缓慢问题,吸放氢温度高等不适合实际应用。为了克服上述的问题,添加其它元素被认为是改善镁合金性能最有效的方法之一。本文采用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了LaMg3和LaCuMg2的力学性能。得到的主要结论如下:计算所得的LaMg3和LaCuMg2在平衡状态下的晶格常数和已有的实验值相吻合。LaMg3和LaCuMg2的形成焓是负数说明这两个相均热力学稳定,且LaMg3比LaCuMg2稳定性更好。计算所得的弹性常数满足Born标准,说明LaMg3和LaCuMg2是力学稳定的。随着LaMg3中的部分Mg被Cu取代,C11和C12增大,说明泊松效应增强,C44减小,说明LaMg3在抵抗<001>(100)方向的剪切能力增强。体积模量和泊松比增加,而剪切模量、杨氏模量和各向异性减小。因为相对较大的G/B和负的柯西压力C12-C44,所以LaMg3展现脆性而LaCuMg2展现延展性。LaMg3的德拜温度要高于LaCuMg2的德拜温度,表明LaMg3中原子之间的相互作用要大于LaCuMg2中原子之间的相互作用。应力-应变曲线显示LaMg3和LaCuMg2的理想拉伸强度方向是在都是在[100]方向。LaMg3在<1(?)0>(110)方向的理想剪切强度要大于LaCuMg2在<1(?)0>(110)方向的理想剪切强度。应力作用下的电荷密度变化图揭示了力学性能的内在机制。
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