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Mg1-xScx 合金理想强度的第一性原理计算

2022-03-18孙霖评那日苏武晓霞

关键词:结构

孙霖评,周 游,那日苏,2,3,武晓霞

(1.内蒙古师范大学 物理与电子信息学院,内蒙古 呼和浩特 010022;2.内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010022;3.青海师范大学 民族师范学院,青海 西宁 816016)

镁基合金是一种理想的轻质结构材料,具有低密度、高比强度、高比刚度、易切削加工和可回收等优点,广泛用于电子行业、运输交通和医疗器械等领域[1]。金属镁为六方密排结构(hcp 结构),因其滑移面较少,塑性力学性能较差,需通过合金化优化其力学性能[2]。镁合金的主要应用领域一直是轻质结构材料,已经开发出了压铸镁合金、耐热镁合金、高韧镁合金、高强镁合金等不同力学性能的镁合金[3]。金属Sc 和Li 是镁合金的β相(bcc 结构)的稳定化元素[4],可提高镁合金的韧性。同时,含有少量的Sc 元素的镁合金,因其表面形成氧化钪钝化层,具有很高的耐腐蚀性。Ando 等[5]在MgSc 合金中发现了时效强化,强化机制是合金中β→α相变。这一现象打开了MgSc 合金作为马氏体相变材料的可能性。2016 年,Ogawa 等[6]在实验上发现淬火的β相Mg-20.5 at.%Sc 合金在低温下表现出应力诱发马氏体相变。这类β相MgSc 合金的超弹性应变类似于β-Ti 形状记忆合金材料,但其比重约为β-Ti 基合金的一半。据Ogawa 等[7]在2018 年的报道,MgSc 合金的比强度高于β-Ti、NiTi、Cu、Fe 和Ni 基形状记忆合金,并且β-MgSc 合金的延展性明显高于传统Mg 合金。β-MgSc 合金形状记忆效应和马氏体转变温度较低,为此提高其转变温度是一个重要课题。近期就MgSc 合金超弹性的研究发现,合金中的滑移缺陷可稳定化马氏体相至室温[8],计算研究预测可通过引入Mg/MgSc 多层复合[9]、稀土元素掺杂[10]等方法提高马氏体转变温度。……

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