【摘 要】
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镁合金是最轻的结构金属材料,拥有较好的力学性能,较高的比刚比强度,良好的减震减噪性、导电导热性和优良的生物可相容性等优点,以及可降解利于保护环境等优点在航空航天、汽车以及生物医学上应用广泛。镁是密排六方结构,各向异性大,加工变形困难并且脆性大,导致镁及其合金的大规模应用受到极大的限制,无法满足工业上对结构材料大规模应用的要求。因此,研究镁及其合金的力学性能就显得尤为重要。本论文利用基于密度泛函理论
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镁合金是最轻的结构金属材料,拥有较好的力学性能,较高的比刚比强度,良好的减震减噪性、导电导热性和优良的生物可相容性等优点,以及可降解利于保护环境等优点在航空航天、汽车以及生物医学上应用广泛。镁是密排六方结构,各向异性大,加工变形困难并且脆性大,导致镁及其合金的大规模应用受到极大的限制,无法满足工业上对结构材料大规模应用的要求。因此,研究镁及其合金的力学性能就显得尤为重要。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算的方法,研究了合金元素和应变对镁及其合金不同滑移系启动机制的影响。主要包括三个方面的内容:（1）通过对比镁的五个主要滑移系不稳定层错能和激活概率的大小,发现基面位错由于不全位错不稳定层错能小,最容易开启,柱面位错次之,锥面位错较难开启。对于锥面I型和锥面II型位错,不稳定层错能较大,不容易开启,只有在特定条件下才会开启,这些结果与文献实验结论一致。（2）系统研究了合金元素对镁合金滑移系不稳定层错能的影响,发现对于柱面和锥面II型滑移系,溶质原子半径与相应滑移系的不稳定层错能呈现明显的负相关。进一步研究了合金元素对不同滑移系激活比的影响,发现稀土元素和Ca对柱面滑移系的激活比可以提升两个数量级,这与合金元素Y可以激活柱面滑移系的实验结果一致。同时,元素Ca可以将锥面II型滑移系的激活比提高一个数量级,从而大大促进锥面II型滑移系的开启。（3）系统研究了五种滑移系在三种不同应变条件下,不稳定层错能和激活概率的变化规律。结果表明,镁中所有五个滑移系的层错能与应变成正比关系。激活概率比的变化表明,施加拉伸应变时,锥面滑移系的激活概率比的变化量比基面滑移系的激活概率比大一到两个数量级,证明拉伸应变下位错更易激活。同时,研究了合金元素和应变之间对镁合金层错能影响的协同效应。
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