ZA62镁合金AB2型金属间化合物的结构与弹性第一原理分析

"ZA62镁合金AB2型金属间化合物的结构稳定性与弹性性能通过第一原理计算进行研究，涉及MgZn2、Mg2Sn、MgCu2的结构稳定性、弹性性能和电子结构分析。计算结果揭示了不同金属间化合物的特性，为镁合金的应用提供了理论基础。" 在镁合金的研究中，ZA62镁合金因其轻质特性被视为理想的工程材料，特别是在汽车工业中。这篇论文聚焦于AB2型金属间化合物，包括MgZn2、Mg2Sn和MgCu2，利用密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的Castep和Dmol程序来深入探究它们的结构稳定性、弹性性能和电子结构。 首先，通过对合金形成热和结合能的计算，研究发现C1型结构的Mg2Sn具有最强的合金化形成能力，而C15型结构的MgCu2是所有结构中最稳定的。结构稳定性对于材料的机械性能至关重要，它影响着材料的耐久性和使用范围。 在弹性性能方面，论文分析了体模量B、弹性各向异性系数A、杨氏模量E、剪切模量G和泊松比ν。计算结果显示，C14结构的MgZn2和C15型结构的MgCu2表现出延展性，适宜于承受形变而不易破裂，而C1型结构的Mg2Sn则表现出脆性，容易断裂。其中，MgZn2的塑性最佳，适合需要塑性变形的应用场景。 此外，论文还通过经验公式计算了这些金属间化合物的熔点，比较了采用弹性常数、体模量和结合能计算的熔点预测准确性。结果显示，采用弹性常数计算的熔点预测误差较小，尤其是对于C1型结构的Mg2Sn，误差仅为0.31%，显示出高度的精确性。预测在高温环境下，MgCu2具有最好的热稳定性。 论文还探讨了不同温度下的热力学性能，发现在298K至573K的温度范围内，MgCu2的Gibbs自由能始终最低，这表明其在该温度区间内具有最佳的结构热稳定性。然而，MgZn2和Mg2Sn的结构稳定性顺序在高于475K的温度下会发生变化。 电子态密度的分析进一步揭示了MgCu2结构稳定性的原因，即在费米能级下方的低能级区域有更多成键电子，这有助于增强原子间的键合，从而提高结构的稳定性。 本研究通过第一原理计算为镁合金的性能优化和应用提供了理论依据，特别是对于理解MgZn2、Mg2Sn和MgCu2的结构特性、机械性能和热稳定性有着重要的指导意义。这些发现对于提升镁合金在汽车等领域的应用潜力和可靠性具有实际价值。