外應(yīng)力場下AL-Cu合金析出相界面的第一性原理研究.pdf

1、應(yīng)力場在時效中對析出相的慣析面、尺寸、分布、形態(tài)和密度等具有極為重要的影響。本文利用第一性原理計算與界面熱力學(xué)，以Al-Cu二元合金為例，在已有高分辨電鏡觀測的界面信息的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了共格、半共格和非共格界面性質(zhì)隨溫度，Cu活度的變化;深入研究了共格和半共格界面在應(yīng)力時效過程中隨不同應(yīng)變方式的變化，分析探討了溫度、應(yīng)變對界面能的綜合影響，從能量學(xué)角度一定程度上揭示了應(yīng)力時效機(jī)制。研究結(jié)果表明:
　　(1)采用第一性原理計算方法

2、研究了Al的低指數(shù)表面穩(wěn)定性，表面能大小順序為:(110)＞(112)＞(100)＞(111)。
　　(2)對所有計算界面結(jié)構(gòu)弛豫，θ"共格界面(θ"-CI)上Cu原子容易處在Al形成的hollow位附近;θ'Cu富余界面(θ' Cu-CI)和常規(guī)θ'共格界面上Cu原子則更容易處在Al-Al bridge位附近;θ'半共格界面(θ'SCI)上Cu原子容易處在Al的top位附近。θ非共格界面結(jié)構(gòu)弛豫后都存在較大的晶格畸變，界面原子在

3、X-Y-Z三個方向上都有所偏移。
　　(3)隨著溫度的升高，共格界面能會逐漸增大，且θ'富銅界面能對溫度最敏感，界面的穩(wěn)定性較差。在相同溫度下，θ"-CI、θ'Cu-CI和θ'-CI界面能依次升高，對應(yīng)著三種界面出現(xiàn)所需能量依次增大。另外，隨著Cu活度的增加，探討了不同相界面環(huán)境選擇性生長行為，說明不同界面結(jié)構(gòu)會隨溫度和Cu活度的變化而變化。從界面能量學(xué)上，找到了Al-Cu合金中各析出相界面從θ"到θ'、再到θ依次出現(xiàn)的原因。

4、r>　　(4)利用界面粘附功(Wad)和界面分離功(Wsep)描述界面結(jié)合性能。θ"共格界面具有最大的粘附功(～2.6J/m2)，θ'半共格界面的粘附功(1.52J/m2)最低。界面發(fā)生斷裂時，θ"發(fā)生在Al端，分離功最大，為2.12J/m2，θ'半共格界面發(fā)生在界面處，分離功最小僅1.71J/m2。
　　(5)應(yīng)變（應(yīng)力）時效中，Al-Cu合金中Cu活度系數(shù)γCu會受到應(yīng)變和溫度共同的影響。隨著應(yīng)變的增加或溫度的升高，γCu都會

5、增大。隨著應(yīng)變量的增加，γCu對溫度的敏感性會下降;同樣的，γCu對應(yīng)變的敏感性會隨著溫度的升高而下降。
　　(6)共格界面能隨應(yīng)變量增加而減小。溫度升高，共格界面穩(wěn)定性下降，不利于其形成;而引入應(yīng)變場可以抵消溫度的影響，降低界面能，從而促進(jìn)θ"和θ'相的析出。
　　(7)相同下，共格界面中始終是θ"界面能最低，θ'相中富銅界面能次之，常規(guī)θ'界面能最高。可以預(yù)見，在應(yīng)變/應(yīng)力時效中也是θ"首先析出，然后θ'相中富銅界面和常