Sn合金对MgZn2和Mg2Sn相结构稳定性的第一原理探究

本文主要探讨了Sn（锡）合金化对MgZn2相和Mg2Sn相结构稳定性的第一性原理研究，特别是在ZA62镁合金中的应用。通过采用基于密度泛函理论的计算工具CASTEP和DMol，研究者深入分析了合金形成热、结合能、热力学性能以及电子结构对这两个相的影响。 首先，研究发现当Sn和Al（铝）分别取代ZA62镁合金中MgZn2相的Zn(I)和Zn(II)原子时，只有Sn与Zn(I)的替换能够形成稳定的MgZn2固溶体，而Sn在MgZn2相中的溶解度有限。相比于未合金化的状态，Sn合金化后的MgZn2相固溶体结构稳定性有所下降，这意味着Sn的加入可能会影响其抗蠕变性能。 其次，析出的第二相金属间化合物Mg2Sn的结构比MgZn2更为稳定，这是由Sn合金化带来的一个重要结果。在不同温度下，热力学性能的计算表明，尽管Mg2Sn的结构稳定性在373~473K的范围内不会因温度升高而完全消失，但它依然比MgZn2表现出更高的稳定性，从而有利于提升ZA62合金的抗蠕变能力。 此外，电子态密度和Mulliken电子占据数的分析揭示了Mg2Sn相热稳定性增强的关键因素。与MgZn2、Mg2AlZn3和Mg2SnZn3固溶体相比，Mg2Sn体系中离子键和共价键的共同作用显著增强了其结构稳定性。这表明，Sn合金化不仅改变了合金的微观结构，还通过改变键合类型优化了材料的热力学性质。 这篇论文提供了关于Sn合金化如何通过影响MgZn2相和Mg2Sn相的结构稳定性来改善ZA62镁合金抗蠕变性能的重要见解，为合金设计和优化提供了理论依据。这项研究对于理解金属间化合物在高温环境下性能变化的机制具有重要意义，为高性能镁合金材料的发展提供了新的思路。