本文主要研究内容
作者燕超（2019）在《基于第一性原理医用镁合金的强韧化研究》一文中研究指出：镁是生物系统中必不可少的元素,镁在人体中通常以Mg2+离子的形式出现,作为人体中所必须的元素之一,广泛存在于人体的各种细胞结构中。适量的镁不仅能够促进人体骨骼对钙的吸收,还对人体神经系统的调节具有一定的帮助作用。在医用植入器件领域,镁有望成为传统医用金属如铁、钛等的理想替代者。但是,由于纯镁的韧性较差、且强度达不到器件的使用要求,这也成为镁在医用领域中广泛应用的瓶颈问题。目前,合金化是改善纯镁韧性差、强度低等问题的有效手段之一。本文选取了Al、Ca、Ce、Gd、、Li、Nd、Sc、Y、Zn、Zr等10种医用合金化元素分别添加到纯镁中。首先采用了第一性原理方法计算了纯镁及其合金{0001}基面材料的表面能,体系表面能的高低来表征材料强度。其次,模拟实际状态下晶体内部裂纹的产生及扩展,探究了在{0001}基面、{1010}柱面条件下,不同合金化元素组成的体系在裂纹扩展时的抵抗能力,通过对比体系总能量的增涨幅度,表征材料的韧性。计算了镁及其合金{112公}锥面滑移系在裂纹扩展时,体系能量的变化,衡量锥面滑移系开动的难易程度,用以表征合金体系的韧性。(1)在{0001}基面滑移系中,添加了对计算模型优化的步骤,优化后体系总内能有所下降,优化前后能量的差值为体系内由于加入原子尺寸不同的原子所引起局部晶格畸变所产生的能量。通过差分电荷图分析可知,在合金化元素的原子晶轴方向存在电子空洞,而镁原子周围则没有出现。由此可以推断出经过模型优化各原子的核外电子得到了重新排列,使得体系达到一个更稳定的状态,计算模型的优化不仅可以消除体系内应力并且可以使得体系结构构成更加合理。(2)在{0001}基面,计算了合金化元素添加后各体系的表面能,结果表明,Al、Ce、Gd、Li、Nd、Sc、Y、Zn、Zr等元素能够增加体系的表面能,提高体系的强度,而Zn原子则会降低体系的表面能。对于裂纹尺寸变化的敏感程度而言,Al、Ca、Gd、Li、Nd、Y等元素的添加会使得体系的能量增幅变大,裂纹在晶体内的的扩展变的更加敏感,这些元素的加入会降低镁合金的剪切强度;加入Ce、Sc、Zn、Zr元素,体系裂纹扩展时能量的增幅相比纯Mg呈现降低趋势,当裂纹在晶体内扩展时体系仍能维持较低能量的状态,这些元素的加入能够提高镁合金的韧性。(3)在{10(?)0}柱面滑移系中,计算了体系内能和裂纹扩展时不同体系的能量增幅,结果表明:体系的总能量相比于{0001}基面有所降低,Zn元素的加入能够降低体系的内能,Al、Ca、Ce、Gd、Li、Nd、Sc、Y、Zr元素则提高体系的能量。对于裂纹扩展不同元素组成体系的敏感程度,Al、Ca、Gd、Li、Nd、Y元素的添加会使得体系对于能量增幅提升较大,会降低镁合金的剪切强度。Ce、Sc、Zn、Zr元素会降低体系对于裂纹扩展的敏感程度该计算结果与基面状态时保持一致,会增加镁合金的剪切强度。相比于{0001}基面逐层裂纹扩展时体系能量的增幅,柱面取向下能量的增幅普遍有所提升。(4){11(?)2}锥面滑移系的开动对于提升镁合金的韧性有着重要作用,锥面条件下裂纹扩展的难易程度可以反映出材料的韧性。Ce、Sc、Zn元素添加后,随着裂纹的扩展体系整体能量的增幅较小,体系能够承受更大的形变量,会使得镁合金体系的韧性增强。Al、Ca、Gd、Li、Nd、Y、Zr元素的添加则会使的体系整体内能随着裂纹的扩展较快升高,体系所能够承受的形变量减小,镁合金的韧性有所下降。锥面体系的总能量与裂纹尺寸的增长呈指数性变化,当裂纹尺寸增大时,体系能量的增长速度在加快。
Abstract
mei shi sheng wu ji tong zhong bi bu ke shao de yuan su ,mei zai ren ti zhong tong chang yi Mg2+li zi de xing shi chu xian ,zuo wei ren ti zhong suo bi xu de yuan su zhi yi ,an fan cun zai yu ren ti de ge chong xi bao jie gou zhong 。kuo liang de mei bu jin neng gou cu jin ren ti gu ge dui gai de xi shou ,hai dui ren ti shen jing ji tong de diao jie ju you yi ding de bang zhu zuo yong 。zai yi yong zhi ru qi jian ling yu ,mei you wang cheng wei chuan tong yi yong jin shu ru tie 、tai deng de li xiang ti dai zhe 。dan shi ,you yu chun mei de ren xing jiao cha 、ju jiang du da bu dao qi jian de shi yong yao qiu ,zhe ye cheng wei mei zai yi yong ling yu zhong an fan ying yong de ping geng wen ti 。mu qian ,ge jin hua shi gai shan chun mei ren xing cha 、jiang du di deng wen ti de you xiao shou duan zhi yi 。ben wen shua qu le Al、Ca、Ce、Gd、、Li、Nd、Sc、Y、Zn、Zrdeng 10chong yi yong ge jin hua yuan su fen bie tian jia dao chun mei zhong 。shou xian cai yong le di yi xing yuan li fang fa ji suan le chun mei ji ji ge jin {0001}ji mian cai liao de biao mian neng ,ti ji biao mian neng de gao di lai biao zheng cai liao jiang du 。ji ci ,mo ni shi ji zhuang tai xia jing ti nei bu lie wen de chan sheng ji kuo zhan ,tan jiu le zai {0001}ji mian 、{1010}zhu mian tiao jian xia ,bu tong ge jin hua yuan su zu cheng de ti ji zai lie wen kuo zhan shi de di kang neng li ,tong guo dui bi ti ji zong neng liang de zeng zhang fu du ,biao zheng cai liao de ren xing 。ji suan le mei ji ji ge jin {112gong }zhui mian hua yi ji zai lie wen kuo zhan shi ,ti ji neng liang de bian hua ,heng liang zhui mian hua yi ji kai dong de nan yi cheng du ,yong yi biao zheng ge jin ti ji de ren xing 。(1)zai {0001}ji mian hua yi ji zhong ,tian jia le dui ji suan mo xing you hua de bu zhou ,you hua hou ti ji zong nei neng you suo xia jiang ,you hua qian hou neng liang de cha zhi wei ti ji nei you yu jia ru yuan zi che cun bu tong de yuan zi suo yin qi ju bu jing ge ji bian suo chan sheng de neng liang 。tong guo cha fen dian he tu fen xi ke zhi ,zai ge jin hua yuan su de yuan zi jing zhou fang xiang cun zai dian zi kong dong ,er mei yuan zi zhou wei ze mei you chu xian 。you ci ke yi tui duan chu jing guo mo xing you hua ge yuan zi de he wai dian zi de dao le chong xin pai lie ,shi de ti ji da dao yi ge geng wen ding de zhuang tai ,ji suan mo xing de you hua bu jin ke yi xiao chu ti ji nei ying li bing ju ke yi shi de ti ji jie gou gou cheng geng jia ge li 。(2)zai {0001}ji mian ,ji suan le ge jin hua yuan su tian jia hou ge ti ji de biao mian neng ,jie guo biao ming ,Al、Ce、Gd、Li、Nd、Sc、Y、Zn、Zrdeng yuan su neng gou zeng jia ti ji de biao mian neng ,di gao ti ji de jiang du ,er Znyuan zi ze hui jiang di ti ji de biao mian neng 。dui yu lie wen che cun bian hua de min gan cheng du er yan ,Al、Ca、Gd、Li、Nd、Ydeng yuan su de tian jia hui shi de ti ji de neng liang zeng fu bian da ,lie wen zai jing ti nei de de kuo zhan bian de geng jia min gan ,zhe xie yuan su de jia ru hui jiang di mei ge jin de jian qie jiang du ;jia ru Ce、Sc、Zn、Zryuan su ,ti ji lie wen kuo zhan shi neng liang de zeng fu xiang bi chun Mgcheng xian jiang di qu shi ,dang lie wen zai jing ti nei kuo zhan shi ti ji reng neng wei chi jiao di neng liang de zhuang tai ,zhe xie yuan su de jia ru neng gou di gao mei ge jin de ren xing 。(3)zai {10(?)0}zhu mian hua yi ji zhong ,ji suan le ti ji nei neng he lie wen kuo zhan shi bu tong ti ji de neng liang zeng fu ,jie guo biao ming :ti ji de zong neng liang xiang bi yu {0001}ji mian you suo jiang di ,Znyuan su de jia ru neng gou jiang di ti ji de nei neng ,Al、Ca、Ce、Gd、Li、Nd、Sc、Y、Zryuan su ze di gao ti ji de neng liang 。dui yu lie wen kuo zhan bu tong yuan su zu cheng ti ji de min gan cheng du ,Al、Ca、Gd、Li、Nd、Yyuan su de tian jia hui shi de ti ji dui yu neng liang zeng fu di sheng jiao da ,hui jiang di mei ge jin de jian qie jiang du 。Ce、Sc、Zn、Zryuan su hui jiang di ti ji dui yu lie wen kuo zhan de min gan cheng du gai ji suan jie guo yu ji mian zhuang tai shi bao chi yi zhi ,hui zeng jia mei 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su du zai jia kuai 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自郑州大学的燕超，发表于刊物郑州大学2019-07-03论文，是一篇关于生物医用镁合金论文,第一性原理论文,强韧化论文,裂纹尺寸论文,郑州大学2019-07-03论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自郑州大学2019-07-03论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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