Al-Mg-Si合金强化机理的电子理论研究

摘要

作为中高强度合金，Al-Mg-Si合金优良的综合性能使得它倍受青睐，然而，沉淀强化是该合金的主要的强化机理，沉淀强化主要是由第二相粒子与位错间的交互作用引起的，目前对位错以切过或绕过方式而强化的机理一般从第二相粒子硬度、尺寸及间距等诸多方面考虑，并没有深入到微观电子层次。对于Al-Mg-Si系合金，其时效沉淀相很多且影响因素复杂，使得其沉淀强化的微观机理至今仍不十分清楚，本文运用固体与分子经验电子理论(简称EET理论)与界面电子结构计算方法，对Al-Mg-Si合金熔体的各种偏聚晶胞以及部分沉淀相，分别从价电子结构以及表征晶体硬度的原子键角度、界面电子分布以及界面能等界面角度进行计算和分析，探索了合金的性能以及沉淀强化过程中位错切过或绕过机制内在的微观原因，为桥接微观一宏观的联系奠定了一定的基础。主要研究内容与结论如下： 1、对原子含量比Mg／Si>1且含量不高的合金熔体(过热不高)中可能存在的A1-Mg、Al-Si、A1-Mg-Si、及Mg-Si偏聚晶胞的价电子结构进行了计算。结果表明，Mg-Si偏聚晶胞的键络最强，将成为熔体的结构遗传因子，并对合金固溶体起到一定的固溶强化。 2、结合硬度产生的微观机制及前人的研究成果，提出了滑移面结合因子H，H=∑I<,α>E<,α>，并指出了它的优势及不足，为晶体硬度比较及合金沉淀强化、弥散强化的价电子分析提供了一条新思路。 3、计算了合金中纯Al、纯Mg、Ll<,o>型GP区、β(Mg<,2>Si)相及β-Si相的价电子结构及H因子。结果表明，GP区中Mg-Mg键最强，是其易于形成片状的内在原因；对于H因子，除纯Mg最小之外，其余各相的H因子依次显著增大，这是它们之间硬度差别的微观本质原因，也是Al基体滑动位错切过GP区而绕过β(Mg<,2>Si)及β-si相首要的微观原因。 4、计算了GP区、β(Mg<,2>Si)相及β-si相与基体的界面电子结构及界面能。结果表明，GP区与基体界面电子密度连续，内应力很小，界面能也最小，使得位错易于克服其内应力场及界面能并切割GP区内部键络而运动；而后两者与基体电子密度不连续，内应力很大，界面能也增加，使得位错难以克服它们而只能以绕过机制运动。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章固体经验电子理论与程氏理论

第三章Al-Mg-Si合金价电子结构与强化机理

第四章Al-Mg-Si合金界面性能及强化机理

第五章总结

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文