H对Mg2Si力学性能影响的第一性原理研究

Al-Mg-Si系铝合金在氢环境服役时,因遭受氢损伤而导致力学性能退化.Mg2Si是Al-Mg-Si系铝合金主要的热处理强化相,其力学性能直接决定着Al-Mg-Si系铝合金的强度.本文采用基于密度泛函数理论的第一性原理计算方法,研究了间隙H原子对Mg2Si力学性能的影响.首先计算了Mg2Si的单晶体弹性常数C11,C12和C44,在通过Hill模型计算了多晶体的弹性模量、泊松比及硬度,并进一步计算了H对Mg2Si晶粒拉伸性能的影响,最后对H原子掺杂引起的Mg2Si晶体态密度变化进行了分析.结果表明:H原子的引入显著降低Mg2Si晶体的剪切模量和弹性模量,从而使得体系强度、硬度降低,韧性提高.拉伸性能计算也表明H原子引起Mg2Si晶体断裂强度降低、断裂延伸率提高.态密度分析表明,Mg2Si晶体中引入氢原子,将引起Mg2Si晶体由半导体性质向金属性质的转变,从而造成体系强度、硬度的降低,韧性增加.本文计算结果可以为揭示以Mg2Si为增强相的材料在氢环境中强度降低机理提供参考依据.