編號：CYYJ043519
篇名：Cu-Al層狀復合材料金屬間化合物結構穩(wěn)定性的第一性原理計算
作者：李爽 王文焱 張飛揚 崔云峰 謝敬佩 王愛琴 朱曉龍 高銘
關鍵詞： Cu-Al層狀復合材料 生成焓 結合能 電子結構 力學性能
機構： 河南科技大學材料科學與工程學院 有色金屬新材料與先進加工技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 河南省鎢鉬材料數(shù)字成型工程研究中心
摘要： 銅鋁層狀復合材料在固液復合鑄軋成型時,固態(tài)銅與液態(tài)鋁在接觸面發(fā)生界面反應生成的金屬間化合物容易引發(fā)晶界脆性、晶間裂紋或彈性畸變致使其開裂而失效。因此,一個強而穩(wěn)定的界面對于整個復合材料的結構強度至關重要。為深入了解界面金屬間化合物的化學鍵合、晶體結構及穩(wěn)定性,利用第一性原理對Cu-Al層狀復合材料中常見的金屬間化合物Al4Cu9、Al2Cu、AlCu開展了熱力學性能、力學性能和電子結構的相關計算。有效生成熱數(shù)值表明,擴散初始階段Al2Cu相將在界面處最先生成,待Al2Cu初生相形成后,將依次生成Al4Cu9、AlCu。Al2Cu、Al4Cu9和AlCu均符合力學穩(wěn)定性標準,對比它們的B/G值、泊松比和硬度,3種金屬間化合物均為脆性相,其中Al2Cu的脆性最大且硬度最高。通過對能帶、態(tài)密度和Mulliken布居進行分析,發(fā)現(xiàn)金屬鍵在Al2Cu和AlCu化學鍵中具有更強的離子性特征,而在Al4Cu9化學鍵中具有更強的共價性特征,使得Al和Cu原子之間的相互作用更緊密,穩(wěn)定性更強。
