基于第一性原理和分子動力學(xué)的鎂合金強韌化基礎(chǔ)研究

1、基于第一性原理和分子動力學(xué)的鎂合金強韌化基礎(chǔ)研究姓姓 名：豆雨辰名：豆雨辰指導(dǎo)教師：張靜指導(dǎo)教師：張靜 教授教授日日 期：期：20152015年年5 5月月博士論文答辯目錄目錄一、選題背景和研究內(nèi)容二、工具軟件三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用七、結(jié)論一、一、和研究內(nèi)容和研究內(nèi)容鎂合金面臨著塑性較低塑性較低和強度較低強度較低的雙重問題，以致其使用量遠(yuǎn)不及鋼鐵和鋁合金。 一、一、和研究內(nèi)容和研究內(nèi)容從微觀層次來看，材料的塑性塑性和強度強度取決于:位錯的滑移、孿晶的演變以及裂紋的擴

2、展。 塑性塑性強度強度添加合金元素，調(diào)控鎂合金的廣義層添加合金元素，調(diào)控鎂合金的廣義層錯能、裂紋形成能，進(jìn)而影響其位錯錯能、裂紋形成能，進(jìn)而影響其位錯行為和裂紋行為。行為和裂紋行為。 除了基面滑移外，最易開啟的變形模式除了基面滑移外，最易開啟的變形模式為為10-12孿晶孿晶?？梢?，如何阻礙孿晶界?？梢姡绾巫璧K孿晶界面的遷移是一個非常重要的問題。面的遷移是一個非常重要的問題。一、選題背景和一、選題背景和塑性塑性2、利用第一性原理，模擬合金元素合金元素對廣義層錯能的影響（涉及到的滑移系包括：0001、 1-100、 11-22），對I1層錯能的影響，對裂紋形成能的影響。3、基于模擬結(jié)果，討論合金

3、元素對變形模式變形模式的影響。涉及到的內(nèi)容包括：基面位錯的運動模式、非基面位錯開啟的難易程度、模式I下的本征塑性。1、研究弛豫參數(shù)弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響，并確定后續(xù)計算中的弛豫方案。前期前期一、選題背景和一、選題背景和強度強度4、基于第一性原理，計算合金元素合金元素在10-12孿晶界面上的偏聚能偏聚能，同時還對合金元素的擴散激活能擴散激活能進(jìn)行模擬。綜合考慮合金元素的偏聚能和擴散激活能，預(yù)測合金元素對10-12孿晶界面的強化潛力強化潛力。 5、基于分子動力學(xué)，研究基面層錯基面層錯對10-12孿晶的強化作用。探討利用基面層錯對10-12孿晶進(jìn)行強化的可能性。 二、二、與技術(shù)路線與技術(shù)

4、路線分子動力學(xué)方面的模擬，采用了美國Sandia國家實驗室開發(fā)的LAMMPS。第一性原理方面的模擬，采用了維也納大學(xué)開發(fā)的VASP軟件。二、工具軟件與二、工具軟件與二、工具軟件與二、工具軟件與二、工具軟件與二、工具軟件與第一部分：層錯第一部分：層錯三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響引言引言添加合金元素促進(jìn)非基面位錯的開啟塑性較差的原因：非基面位錯的開啟非常困難。Peierls認(rèn)為，位錯的形核，與非穩(wěn)定層錯能密切相關(guān)。該值越小，位錯形核越容易。柱面和錐面的數(shù)據(jù)波動非常大穩(wěn)定層錯能穩(wěn)定層錯能非穩(wěn)定層錯能非穩(wěn)定層錯能0001（31-36）（84-99）1-200（189-356）11-22（

5、221-99）（463-1080）三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響現(xiàn)有文獻(xiàn)現(xiàn)有文獻(xiàn)之不足之不足弛豫參數(shù)弛豫參數(shù)(mJm-2)1、構(gòu)建模型。2、弛豫（釋放額外應(yīng)力釋放額外應(yīng)力）。3、計算能量。4、層錯能 = (E中間態(tài)-E初始態(tài))/橫截面積垂直方向上的額外應(yīng)力水平方向上的額外應(yīng)力三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響計算計算方法方法zy00011-10011-22SF USFUSFUSFSFUSF13693288(0.25b) 394(0.35b) 376(0.7b) 102923586169(0.25b) 246(0.35b) 236(0.7b) 50333586169(0.3b

6、) 244(0.5b) 216(0.7b) 41343586169(0.3b) 243(0.5b) 184(0.7b) 39353586169(0.3b) 242(0.5b) 182(0.7b) 3901 所有原子都固定。2 z方向可動。3 z方向可動，y方向兩層可動。4 z方向可動，y方向四層可動。5 z、y兩個方向可動。三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響計算結(jié)果計算結(jié)果(mJm-2)Z方向弛豫方向弛豫帶來的影響帶來的影響基面基面柱面柱面錐面錐面939328828810291029引入弛引入弛豫豫8585169169503503由于晶面間距不同，是否引入由于晶面間距不同，是否引入沿沿

7、 z z 方向的弛豫，對各滑移方向的弛豫，對各滑移系有不同的影響。對基面的影系有不同的影響。對基面的影響最小，對錐面的影響最大。響最小，對錐面的影響最大。三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響Z方向上應(yīng)方向上應(yīng)力分布力分布(mJm-2)00011-10011-22SFUSFUSFUSFSFUSF13693288(0.25b) 394(0.35b) 376(0.7b) 102923586169(0.25b) 246(0.35b) 236(0.7b) 50333586169(0.3b) 244(0.5b) 216(0.7b) 41343586169(0.3b) 243(0.5b) 184(0.

8、7b) 39353586169(0.3b) 242(0.5b) 182(0.7b) 390y方向的弛豫，不會影響基面和柱面。方向的弛豫，不會影響基面和柱面。但是對錐面有顯著影響：但是對錐面有顯著影響：1、各最值點的位置。、各最值點的位置。2、各最值點的大小。、各最值點的大小。三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響TEM研究表明，研究表明，11-22分解為兩個柏氏矢量相同的不全分解為兩個柏氏矢量相同的不全位錯。所以，穩(wěn)定層錯能應(yīng)該出現(xiàn)在位錯。所以，穩(wěn)定層錯能應(yīng)該出現(xiàn)在0.5b處。處。y y方向弛豫帶來的影響方向弛豫帶來的影響S. R. Agnew, Metallurgical and Mat

9、erials Transactions A, 2002, 33A: 851-858.(mJm-2)11-22滑移系：滑移系：滑移方向兩邊的原子分布不對稱滑移方向兩邊的原子分布不對稱 需要引入沿需要引入沿y方向的弛豫來消除應(yīng)力方向的弛豫來消除應(yīng)力三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響y y方向弛豫帶來的影響方向弛豫帶來的影響-幾何分析幾何分析y11-22滑移系：滑移系：滑移方向兩邊的原子分布不對稱滑移方向兩邊的原子分布不對稱 需要引入沿需要引入沿y方向的弛豫來消除應(yīng)力方向的弛豫來消除應(yīng)力三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響y y方向弛豫帶來的影響方向弛豫帶來的影響-應(yīng)力應(yīng)力分析分析弛豫

10、6,7兩層固定弛豫5-8層完全弛豫11-22滑移系：滑移系：引入引入y方向的弛豫，僅導(dǎo)致層錯芯部（約方向的弛豫，僅導(dǎo)致層錯芯部（約4層）的原子發(fā)生弛豫。層）的原子發(fā)生弛豫。三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響y y方向弛豫帶來的影響方向弛豫帶來的影響-原子位移分析原子位移分析弛豫6,7兩層固定弛豫5-8層完全弛豫三、三、弛豫參數(shù)對廣義層錯能計算結(jié)果的影響本章小結(jié)本章小結(jié)如果不引入沿z方向方向的弛豫，則會在z方向上產(chǎn)生額外應(yīng)力。該應(yīng)力的大小和各滑移系晶面間距的大小密切相關(guān)，晶面間距越小力越大。為對廣義層錯能（GSFE）進(jìn)行相對精確的模擬，需要引入沿z方向的弛豫，特別是對于晶面間距較小的滑移

11、系（也就是高指數(shù)面）。如果滑移方向兩邊的原子呈對稱分布（例如0001滑移系），在滑移過程中沿y方向方向的應(yīng)力為零，可以不引入沿y方向的弛豫。如果滑移方向兩邊的原子分布不對稱（例如11-22滑移系），在滑移過程中沿y方向的應(yīng)力不為零，所以要引入沿y方向的弛豫才能得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果。引言引言添加合金元素塑性較差的原因：非基面位錯的開啟非常困難。Peierls認(rèn)為，位錯的形核，與非穩(wěn)定層錯能密切相關(guān)。該值越小，位錯形核越容易。四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響改變位錯行為和裂紋行為四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響模型模型基面 柱面 錐面四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成

12、能的影響模型模型I1 裂紋四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響計算計算結(jié)果結(jié)果四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ) 合金元素 基面位錯行為領(lǐng)頭位錯和后續(xù)位錯在相同原子面（dislocation-mediated）領(lǐng)頭位錯和后續(xù)位錯在不同原子面（sequential-faulting）層錯密度升高位錯位錯組態(tài)組態(tài)穩(wěn)定層錯能/非穩(wěn)定層錯能升升降降J. Han,Scripta Mater.四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 基面位錯行為00.20.40.60.8Mg Ag Al Bi Ca Dy Er Ga Gd Ho InLi Lu Mn

13、Nd Pb Sc Sm Sn Y Yb Zn Zr= sf /usf升升降降領(lǐng)頭位錯和后續(xù)位錯在相同原子面（dislocation-mediated）領(lǐng)頭位錯和后續(xù)位錯在不同原子面（sequential-faulting）四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 柱面位錯行為理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)降低非穩(wěn)定層錯能促進(jìn)形核促進(jìn)基面位錯向柱面交滑移050100150200250Mg Ag Al Bi Ca Dy Er Ga Gd Ho InLi Lu Mn Nd Pb Sc Sm Sn Y Yb Zn ZrSFE mJm-2四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 柱面位

14、錯行為橫線下方的元素有利于柱面位錯的形核但是綠色部分的元素不利于交滑移196四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 柱面位錯行為藍(lán)色部分對應(yīng)的原同時滿足兩方面的因素：降低形核難度、促進(jìn)交滑移，特別有利于柱面滑移的發(fā)生。四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 位錯行為理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)降低I1層錯能，增加I1層錯的密度，進(jìn)而增加形核點。I1層錯的邊界是的形核點四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 位錯行為理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)降低的非穩(wěn)定層錯能，降低形核的難度四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 位錯行為理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)合金元素

15、合金元素降低的穩(wěn)定層錯能，促進(jìn)可動分解。四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響 合金元素 位錯行為理論理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)合金元素增加裂紋形成能，抑制裂紋擴展。本征塑性形核與裂紋擴展的競爭四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響形核難度降低 合金元素 位錯行為促進(jìn)穩(wěn)定分解形核點數(shù)量增加抑制裂紋同時滿足四個因素：同時滿足四個因素：1、增加形核點、增加形核點2、降低形核難度、降低形核難度3、促進(jìn)穩(wěn)定分解、促進(jìn)穩(wěn)定分解4、抑制裂紋擴展、抑制裂紋擴展形核難度降低形核難度降低Er、Ga、Gd、Nd、Sm、Zn特別有利于特別有利于的開啟的開啟四、四、合金元素對廣義層錯能、裂紋形成能的影響本章小結(jié)本章

16、小結(jié)合金元素Ag、Al、Dy、Er、Gd、Ho、Lu、Mn、Nd、Sc、Sm、Y、Zn、Zr可明顯升高基面的裂紋形成能（crack），也就是說添加這些合金元素有利于抑制裂紋的擴展。合金元素Al、Bi、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sm、 Sn、 Y、Yb可明顯降低I1層錯能，也就是添加這些合金元素有利于提高I1層的密度。對于0001滑移系。合金元素Al、Bi、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sc、Sm、Sn、Y、Yb、Zr明顯降低，也就是說添加這些合金元素使得基面位錯的運動模式傾向于連續(xù)錯排機制，進(jìn)而可以提高I2層錯的密度。對于1-100滑移

17、系來說，Ca、Dy、Er、Gd、Ho、Lu、Nd、Sm、Y、Yb大幅度降低了其非穩(wěn)定層錯能，意味添加這些合金元素有利于降低柱面位錯的臨界分切應(yīng)力。對于11-22滑移系，考察了合金元素對其分解行為的影響、形核點數(shù)量的影響、形核難度的影響、以及位錯形核與裂紋擴展之間的競爭。結(jié)果表明，合金元素Ag、Al、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、Li、Lu、Nd、Sm、Y、Yb、Zn有利于11-22滑移系的開啟，并提高鎂合金的本征塑性。其中，合金元素Er、Ga、Gd、Nd、Sm、Zn的作用尤為明顯，因為它們同時滿足四個因素（增加形核點、降低開啟難度、促進(jìn)穩(wěn)定分解、抑制裂紋的擴展）。第二部分：孿晶第二部分：

18、孿晶五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能引言引言除了基面滑移外，最易開啟的變形模式除了基面滑移外，最易開啟的變形模式為為10-12孿晶孿晶?？梢?，如何阻礙孿晶界。可見，如何阻礙孿晶界面的遷移是一個非常重要的問題。面的遷移是一個非常重要的問題。J. F. Nie, Science, 2013五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能偏聚強化偏聚強化驅(qū)動力驅(qū)動力( (孿晶偏聚能孿晶偏聚能) )擴散激活能擴散激活能引言引言溶質(zhì)原子從基體偏聚到溶質(zhì)原子從基體偏聚到孿晶界面帶來的能量改變孿晶界面帶來的能量改變空位形成能空位形成能+ +擴散能壘擴散能壘五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能孿晶孿晶模型模型1

19、0-12孿晶偏聚的幾何因素：孿晶偏聚的幾何因素：“大大”原子偏聚到原子偏聚到“膨脹膨脹”格點格點 “小小”原子偏聚到原子偏聚到“壓縮壓縮”格點格點 五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能擴散擴散模型模型擴散激活能擴散激活能= =空位形成能空位形成能+ +擴散能壘擴散能壘五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能計算計算結(jié)果結(jié)果五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能孿晶強孿晶強化潛力化潛力偏聚驅(qū)動力增加擴散能壘降低左下角的元素(Nd、Sm、Ca、Dy、Y、Gd)有較強的孿晶強化潛力五、五、孿晶偏聚能與溶質(zhì)原子擴散激活能本章涉及到的合金元素均體現(xiàn)出一定的偏聚傾向。偏聚傾向最明顯的為Nd，孿晶偏聚能（E

20、Seg）為-0.53eV。偏聚傾向最弱的為In，孿晶偏聚能（ESeg）為-0.11 eV。合金元素Bi、Ca、Gd、In、Li、Nd、Pb、Sm、Yb、Zn的擴散激活能（EAct）低于純鎂（1.17eV）。其中Nd和Yb的擴散激活能（EAct）最低，分別為0.99和0.83eV。綜合考慮孿晶偏聚能（ESeg）和擴散激活能（EAct），構(gòu)建了孿晶偏聚強化設(shè)計圖。該圖左下角的元素體現(xiàn)較強的孿晶偏聚強化潛力，包括Nd、Sm、Gd、Dy和Yb。本章小結(jié)本章小結(jié)六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用引言引言合金化合金化 + + 適當(dāng)?shù)念A(yù)變形工藝適當(dāng)?shù)念A(yù)變形工藝鎂合金基面層錯能很低鎂合金基面層錯能很低

21、引入大量層錯引入大量層錯對對10-12孿晶孿晶進(jìn)行強化進(jìn)行強化六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用模型模型約200萬個原子x和y方向約為25nm，z方向約為60nmx、y、z、三個方向均為I1I2孿晶界孿晶界孿晶界孿晶界孿晶界孿晶界六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用孿晶界孿晶界孿晶孿晶位錯位錯1、孿晶位錯在孿晶界、孿晶位錯在孿晶界面與自由表面的交匯面與自由表面的交匯處不斷形核，并且沿處不斷形核，并且沿孿晶界面向上遷移。孿晶界面向上遷移。2、孿晶位錯在滑移過、孿晶位錯在滑移過程中發(fā)生彎曲而呈弧程中發(fā)生彎曲而呈弧形，這意味著和基體形，這意味著和基體位錯類似，孿晶位錯位錯類似，孿晶位錯

22、有有“繞過繞過”障礙物的障礙物的可能性。可能性。 孿晶界面的演變孿晶界面的演變六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用1、孿晶位錯滑移到自由表面后，沒有、孿晶位錯滑移到自由表面后，沒有“脫離脫離”晶格，而是形成晶格，而是形成BP片段。片段。2、 BP界面界面“吸收吸收”孿晶位錯而變寬。最后貫穿整個晶粒。孿晶位錯而變寬。最后貫穿整個晶粒。3、BP界面的遷移通過界面位錯的滑移來實現(xiàn)。界面的遷移通過界面位錯的滑移來實現(xiàn)?；媾c柱面基面與柱面對接而成的界面對接而成的界面BP界面界面BP界面的形成界面的形成界面位錯界面位錯bBP六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用界面位錯界面位錯bBP的特性的特

23、性1、可以、可以“彎曲彎曲”。2、多個、多個bBP堆積將弛豫為共格堆積將弛豫為共格10-12孿晶片段。孿晶片段。六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用 應(yīng)力應(yīng)變曲線 孿晶體積分?jǐn)?shù)總體來看，I1和I2都呈現(xiàn)出較強的強化效應(yīng)。同時我們還注意到，I1的強化效果更明顯。層錯的強化效果層錯的強化效果六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用層錯的強化效果層錯的強化效果六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用層錯的強化效果層錯的強化效果六、六、基面層錯對10-12孿晶的強化作用本章小結(jié)本章小結(jié)孿晶位錯和界面位錯均能以“彎曲”的形式存在，也就是說，它們都有“繞過”障礙物的可能性。孿晶位錯碰到自由表面后

24、無法“脫離”晶格，而是形成BP界面。BP界面通過“吸收”孿晶位錯而變寬?？傮w來看，I1和I2都呈現(xiàn)出較強的強化效應(yīng)。同時我們還注意到，I1的強化效果更明顯。七、七、總結(jié)探討了第一性原理計算過程中，弛豫參數(shù)對廣義層錯能（GSFE）計算結(jié)果的影響。基于第一性原理，模擬了鎂合金中合金元素對廣義層錯能的影響（涉及到的滑移系包括：0001、1-100、11-22），對I1層錯能的影響，以及對 裂紋形成能的影響。并基于模擬結(jié)果，討論合金元素對鎂合金變形模式的影響。包括：基面位錯的運動模式、非基面位錯開啟的難易程度、模式I下的本征塑性。從第一原理的角度，模擬了合金元素的10-12孿晶偏聚能以及擴散激活能，討

25、論了利用合金元素對10-12孿晶進(jìn)行強化的潛力。從分子動力學(xué)的角度研究了10-12孿晶界面的演變，以及利用基面層錯對其進(jìn)行強化的可能性。七、七、總結(jié)主要主要結(jié)論結(jié)論1、討論了在利用第一性原理計算廣義層錯能（GSFE）的過程中，弛豫參數(shù)對計算結(jié)果的影響。涉及到的弛豫方向有兩個，其中一個為垂直于滑移面的z方向，另一個為在滑移面內(nèi)同時垂直于滑移方向的y方向。為對廣義層錯能（GSFE）進(jìn)行相對精確的模擬，需要引入沿z方向的弛豫，特別是對于晶面間距較小的滑移系，也就是高指數(shù)面。如果滑移方向兩邊的原子分布不對稱，需要引入沿y方向的弛豫才能得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果。七、七、總結(jié)主要主要結(jié)論結(jié)論2、合金元素Ag、A

26、l、Dy、Er、Gd、Ho、Lu、Mn、Nd、Sc、Sm、Y、Zn、Zr可明顯升高基面的裂紋形成能，有利于抑制裂紋的擴展。合金元素Al、Bi、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sm、Sn、Y、Yb可明顯降低I1層錯能，有利于提高I1層錯的密度，也就是說可以增加11-22位錯的形核點來改善塑性，同時還能從阻礙10-12孿晶的角度來增加強度。對于0001滑移系，合金元素Ag、Li、Mn、Zn使得基面位錯的運動模式傾向于位錯協(xié)調(diào)機制；而合金元素Al、Bi、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、In、Lu、Nd、Pb、Sc、Sm、Sn、Y、Yb、Zr使得基面位錯的運動模式傾向于連續(xù)錯

27、排機制，可以提高I2層錯的密度，也就是說可以從阻礙10-12孿晶的角度來增加強度。對于1-100滑移系，合金元素Ca、Dy、Er、Gd、Ho、Lu、Nd、Sm、Y、Yb顯著降其非穩(wěn)定層錯能，意味添加這些合金元素有利于降低該滑移系臨界分切應(yīng)力。對于11-22滑移系，考察了合金元素對其分解行為的影響、形核點數(shù)量的影響、形核難度的影響、以及位錯形核與裂紋擴展之間的競爭，發(fā)現(xiàn)合金元素Ag、Al、Ca、Dy、Er、Ga、Gd、Ho、Li、Lu、Nd、Sm、Y、Yb、Zn有利于11-22滑移系的開啟并提高鎂合金的本征塑性。其中，合金元素Er、Ga、Gd、Nd、Sm、Zn的作用尤為明顯，因為它們同時滿足四個

28、因素（增加形核點、降低開啟難度、促進(jìn)穩(wěn)定分解、抑制裂紋的擴展）。七、七、總結(jié)3、綜合考慮了合金元素在 孿晶界面的偏聚能和擴散激活能。構(gòu)建了孿晶偏聚強化設(shè)計圖，該圖左下角的元素體現(xiàn)較強的孿晶偏聚強化潛力，包括Nd、Sm、Gd、Dy和Yb。4、探討了BP界面的形核和長大機理。孿晶位錯滑移到自由表面后不能“離開”晶格并在表面形成一個臺階，轉(zhuǎn)而形成BP界面。在接下來的變形過程中，伴隨著更多孿晶位錯的達(dá)到，BP界面可通過吸納孿晶位錯而變寬。5、在較大規(guī)模體系下（200萬個原子），分析了孿晶位錯（bTB）和BP界面位錯（bBP）的形態(tài)。結(jié)果表明，這兩種位錯都能在滑移過程中發(fā)生彎曲而呈弧形，這意味著和基體位

29、錯類似，bTB和bBP有“繞過”障礙物的可能性。6、分子動力學(xué)模擬結(jié)果顯示，I1層錯和I2層錯對 孿晶有明顯的強化作用，其中I1層錯的強化效果強于I2層錯。主要主要結(jié)論結(jié)論展望第一性原理計算方面，本文的研究對象都是二元鎂合金，而且模擬只對單一的溶質(zhì)濃度進(jìn)行了模擬。在接下來的工作中，需要基于模擬結(jié)果，設(shè)計典型合金系對模擬結(jié)果進(jìn)行驗證。同時，結(jié)合實驗反饋信息，將模擬推廣到不同組分、不同濃度的多元鎂合金。分子動力學(xué)方面，本文研究的對象是純鎂。在接下來的工作中，需要設(shè)計恰當(dāng)工藝，從實驗的角度驗證基面層錯對10-12孿晶的強化效果。另外，還應(yīng)開發(fā)新的勢函數(shù)，將模擬推廣到二元甚至多元鎂合金。學(xué)術(shù)成果學(xué)術(shù)成果1 Jing Zhang, Yuchen Dou, Hongbiao Dong. Intrinsic ductility of Mg-based binary a