Mg_(15)X(X=Al,Zn,Ca,Nd,Er)固溶体结构稳定性及电子特性的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的Castep软件构建了Mg_(15)X(X=Mg,Al,Zn,Ca,Nd,Er)固溶体模型。采用第一性原理计算了其晶格常数、结构稳定性及电子特性。结果表明:相对于Mg_(16)结构而言,Mg_(15)X(X=Al,Zn,Ca,Nd,Er)固溶体结构的c/a值均有所减小,其中Mg_(15)Nd和Mg_(15)Er固溶体的c/a值减小幅度较大,预测在镁基体中添加适量稀土元素Nd或Er,有利于提高镁合金的延展性。Mg_(15)X(X=Mg,Al,Zn,Ca,Nd,Er)结构的形成热和结合能的计算结果均为负值,这表明这些固溶体结构能稳定存在,镁合金中Al、Nd、Er的固溶强化作用优于Ca、Zn的。Mg_(15)Er与Mg_(15)Nd结构稳定性较好的电子机制为Mg(s)、(p)分别与Er(d)、(f)和Nd(d)、(f)轨道价电子强烈杂化,表现出较强的共价键。