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高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力学性质的第一性原理计算

卢志文 仲志国 刘克涛 宋海珍 李根全

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高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力学性质的第一性原理计算

卢志文, 仲志国, 刘克涛, 宋海珍, 李根全

First-principles calculations of microstructure and thermodynamic properties of the intermetallic compound in Ag-Mg-Zn alloy under high pressure and high temperature

Lu Zhi-Wen, Zhong Zhi-Guo, Liu Ke-Tao, Song Hai-Zhen, Li Gen-Quan
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物AgMg, Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在高温高压下的结构稳定性、 弹性性能和热动力学性质. 理论计算结果与实验值和其他的理论结果符合得非常好. 研究表明: 金属间化合物AgMg, Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在零温零压下是力学稳定的; Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4为延性相, 而AgMg则为脆性相; 在这三种金属间化合物中, Ag8Mg4Zn4的塑性最好, AgMg的塑性最差. 利用准谐Debye模型, 讨论了高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的摩尔振动内能Uvib,m, 摩尔Helmholtz振动自由能Avib,m, 摩尔振动熵Svib,m, 摩尔定容热容Cv,m, 摩尔定压热容Cp,m, 热膨胀系数, Grneisen参量和Debye温度.
    The structural stability, elastic and thermodynamic properties of the intermetallic compounds MgAg, Mg4Zn8 and Ag8Mg4Zn4 in Ag-Mg-Zn alloy under high pressure and high temperature are investigated by employing the first-principles method based on the density functional theory. The theoretical results are generally in good agreement with experimental results and similar to the theoretical calculations. The calculated results indicate that the intermetallic compounds AgMg, Mg4Zn8 and Ag8Mg4Zn4 are elastically stable at zero temperature and pressure. Mg4Zn8 and Ag8Mg4Zn4 are of the ductility phase, and AgMg is of the brittleness phase. The plasticity of Ag8Mg4Zn4 is the best in the three intermetallic compounds, and AgMg is the worst. Based on the quasi-harmonic Debye model the vibrational internal energy, vibrational Helmholtz free energy, vibrational entropy, heat capacity of constant volume, heat capacity at constant pressure, thermal expansion coefficient Grneisen parameter and Debye temperature of the intermetallic compounds in Ag-Mg-Zn alloy under high pressure and high temperature are all discussed.
    • 基金项目: 河南省自然科学基金(批准号: 112300410112, 112102210019)、 河南省高等学校青年骨干教师资助计划(批准号: 2012GGJS-152)、 南阳师范学院自然科学基金(批准号: nytc2006k102)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Henan Province, China (Grant Nos. 112300410112, 112102210019), the Key Young Teachers Program of Institution of Higher Education of Henan Province, China (Grant No. 2012GGJS-152), and the Natural Science Foundation of Nanyang Normal University, China (Grant No. nytc2006k102).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-11
  • 修回日期:  2012-10-21
  • 刊出日期:  2013-01-05

高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的微观结构与热动力学性质的第一性原理计算

  • 1. 南阳师范学院先进材料研究所, 南阳 473061
    基金项目: 河南省自然科学基金(批准号: 112300410112, 112102210019)、 河南省高等学校青年骨干教师资助计划(批准号: 2012GGJS-152)、 南阳师范学院自然科学基金(批准号: nytc2006k102)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物AgMg, Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在高温高压下的结构稳定性、 弹性性能和热动力学性质. 理论计算结果与实验值和其他的理论结果符合得非常好. 研究表明: 金属间化合物AgMg, Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4在零温零压下是力学稳定的; Mg4Zn8和Ag8Mg4Zn4为延性相, 而AgMg则为脆性相; 在这三种金属间化合物中, Ag8Mg4Zn4的塑性最好, AgMg的塑性最差. 利用准谐Debye模型, 讨论了高温高压下Ag-Mg-Zn合金中金属间化合物的摩尔振动内能Uvib,m, 摩尔Helmholtz振动自由能Avib,m, 摩尔振动熵Svib,m, 摩尔定容热容Cv,m, 摩尔定压热容Cp,m, 热膨胀系数, Grneisen参量和Debye温度.

English Abstract

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