4d族过渡元素掺杂对Mg₂Sn（022）/Mg（0001）界面性质的影响

摘要

界面作为材料中重要的微观结构组织，对合金的性能有着至关重要的影响。从微观上深入理解合金基体与析出相组成界面的稳定性，对于分析界面析出相的强化机制具有重大的意义。为了改善Mg-Sn合金的稳定性，本文将4d族过渡元素掺杂到由Mg基体与其析出相Mg₂Sn构建的Mg₂Sn（022）/Mg（0001）界面模型中，采用第一性原理的方法寻找改善界面结合强度的元素，并根据界面处原子间电子转移的情况和键长变化及原子的电荷分布分析了掺杂4d族过渡元素对界面稳定性的影响机理。结果表明：掺杂4d族过渡元素后，Mg₂Sn（022）/Mg（0001）界面的黏附能均高于未掺杂界面。可见，掺杂4d族过渡元素均可改善Mg₂Sn（022）/Mg（0001）界面的稳定性，且Ru元素掺杂的界面稳定性最高。此外，界面处原子之间的键长越小，原子间转移的电荷越多，界面越稳定。通过差分电荷密度可知，Ru元素掺杂的界面中，Ru原子周围的电荷分布呈明显的方向性，这是由于界面处Mg原子的一部分电子转移到Ru原子附近，一部分转移到Sn原子周围，在界面处形成电荷共享区域，原子间的结合强度增加。

关键词

第一性原理 / 过渡元素 / 界面 / 电子结构