安阳工学院学报JournalofAnyangInstituteofTechnologyVol.22No.2（Gen.No.122）Mar.,2023第22卷第2期（总第122期）2023年3月DOI:10.19329/j.cnki.1673-2928.2023.02.008复杂金属间化合物Al3Mg2相的第一性原理研究王琳1，何寒1，赵亚东1，曹建春2（1.安阳工学院机械工程学院,河南安阳455000；2.昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明650093）摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了立方晶系高温相β-Al3Mg2和六方晶系低温相β'-Al3Mg2的力学性质及电子结构。弹性常数的计算结果表明：β-Al3Mg2的晶体结构在力学上是不稳定的，β'-Al3Mg2具有力学稳定性结构。体模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比v、弹性各向异性指数AU和硬度H的计算结果表明：在弹性范围内，β-Al3Mg2抵抗形变的能力远大于β'-Al3Mg2；β-Al3Mg2为硬脆性相，β'-Al3Mg2为韧性相；β'-Al3Mg2的弹性各向异性指数AU=0.01，接近各向同性。电子结构的计算结果表明：低温相β'-Al3Mg2具有典型的金属特性，在其费米能级附近未发现赝能隙的存在。铝合金和镁合金异种金属的连接应在合适的焊接条件下进行，有助于形成具有韧性的低温相β'-Al3Mg2，为改善铝镁异种金属焊接接头的力学性能提供了一定的理论依据。关键词：金属间化合物；Al3Mg2；力学性质；电子结构；第一性原理中图分类号：TG146.2文献标志码：A文章编号：1673-2928（2023）02-0041-07铝合金和镁合金作为轻质结构材料，均具有密度低、比强度高、比刚度高以及良好的铸造性能和加工性能等优点，广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通等领域[1]。随着制造业对轻质结构材料的需求不断增长，铝合金和镁合金的交叉应用趋势日益突出，使得铝镁异种金属之间的连接迅速成为焊接领域的研究热点之一[2]。由于铝镁之间的相互溶解度有限，采用固相焊或熔焊方法所得到的铝镁异种金属焊接接头中均不可避免地会形成脆性的金属间化合物Al3Mg2，影响焊接接头的力学性能[3-8]。Roitsch等[9]测定了复杂金属合金相β-Al-Mg单晶试样的宏观塑性变形行为，在200～225℃之间观察到由脆性到韧性的转变，且在225℃时表现出韧性。Achanta等[10]采用纳米压痕法对Al3Mg2块体材料进行了力学表征，发现几乎每一个压痕都有堆积现象，表现为韧性；在压痕载荷为79mN时，其弹塑性深度比（0.013）较低，证实了Al3Mg2块体材料存在大量的塑性变形。目前，对于金属间化合物Al3Mg2的韧脆性问题存在不同的认识，这可能与其存在高温相β-Al3Mg2和低温相β'-A...
