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1.4.3 Mg-Ho合金研究

Ho也是一种重稀土元素，相对原子质量164.9，Ho元素在镁合金中的最大固溶度为28wt.%，该合金的共晶温度为565摄氏度，研究表明Ho元素的加入使得镁合金的室温和高温下的力学性能都得到了很大提升，同时Ho元素加入镁合金后使镁合金铸态室温下的力学性能效果要明显优于其他元素对镁合金的提升效果。。

1.4.4 Mg-Tb合金研究

Tb同样是一种重稀土元素，属于第六周期，原子序数为65，相对原子质量为158.9，Tb元素在镁合金中的最大固溶度为24wt.%，该合金的共晶温度为559摄氏度。该类重稀土元素的添加，会使得镁合金的时效强化显著增强，同时Tb元素的抗氧化性极强，Tb元素的添加使得镁合金的阻燃温度、合金纯度也会得到提升，因此这类元素的加入后，镁合金的铸造质量也会发生极大的提高。

1.5 本论文研究内容及目的

由于上述的种种情况，并通过这些年的研究和观察，发现在Mg中加入一些稀土元素后，镁合金相关性能改善明显，其中塑性就得到了很大的提高。由于现在实验条件方面的限制，不同的实验研究只能在特定的条件下进行。

利用第一性原理的方法将金属在变形过程中的能量与位置联系起来，可以揭示原子沿不同路径滑移的难易程度，从原子层面去解释合金元素对镁合金塑性的影响。

本论文拟研究加入稀土元素后，镁合金沿不同滑移系的层错能变化，从而解释其力学性能提高的微观机理。主要包括以下四个方面的内容：

1、用相关软件建模构建、优化得到大块稳定的镁结构。

2、从沿基面方向来构建镁的层错结构，并计算合金广义层错能曲线。

3、从沿锥面方向来构建镁的层错结构，并计算合金广义层错能曲线。

4、比较加如合金元素前后不同滑移面层错能的变化，解释其对塑性的影响。按照建模、计算、结果分析的步骤完成毕业论文的写作，要求将计算结构用图形直观化表示出并加以分析总结。

2 理论研究方法

2.1第一性原理计算

第一性原理计算就是通过量子力学的基础原理，跟据电子运动这一角度来研究物质的性能和结构。该原理可以计算得出晶体的结构参数、电子结构、光学性质、总能量、磁结构等基本性质，从而预测所要探求的晶体的性质。由一个体系的波函数我们可以了解到整个体系的性质，同时通过薛定谔方程我们可以确定波函数，实际中我们遇到的往往是多电子系统，而多电子系统的波函数的自由度很大，因此给求解带来了很大的困难，于是Hartree将这一多电子计算过程近似为了单电子波函数的乘积，并通过自洽场方法来求解薛定谔方程[15]。

第一性原理计算方法又称从头计算法，在一个给定了原子坐标和原子种类的条件下，无需其他的一些实验参数，直接通过近似处理来求解薛定谔方程的计算方法，其中最广泛的两种方法就是Hartree-Fock自洽场方法以及以DFT为基础的Kohn-Sham方法。在第一性原理计算过程中，涉及到的各个电子间的相互作用，因此具有很大的计算量，必须通过相应的大型的计算机来处理。

2.2密度泛函理论的介绍

该理论最早是由Hohenberg和Kohn提出。指外势场由基态的电子密度唯一决定，当外势一定的情况下，如果基态电子密度能够使体系的总能为最小值时，体系的总能量便会与该电子密度形成函数，电子密度便是被定义的泛函。物理学领域和工程学领域之所以取得科学与技术进步，关键在于能够从原子或从分子尺度理解并调控物质的性质。对于原子以及分子量子行为的基本关系式的描述，密度泛函理论是一个很好的求解方法。密度泛函理论的建立是由Kohn和Hohenberg二人所证明的两个基本数学定理以及Kohn和Sham在20世纪60年代所推演的一套方程为基础的。 (责任编辑：qin)