第一性原理计算镁合金层错能(2)
镁是第二族元素，为hcp密排吹冰方结构。其晶格常数在标准大气压和室温下为a=0.32094nm,c=0.52105nm，c/a是1.62362。镁的密度很小，属于易氧化易燃的活泼金属。
镁与一般金属相比具有很大的优势:镁具有很高的比强度，优良的导电性，环境友好性并且储量惊人。镁合金密度很低，是一种具有广阔应用前景的新型合金。在生物材料，航空航天材料等领域中已广泛应用。
镁及镁合金也有严重的缺点，并且这些缺点严重阻碍了镁及镁合金的进一步应用。镁的滑移系有{00001}<1120>三组，比其他结构例如bcc和fcc要少得多，而滑移采用的空间取向越少，金属的塑性就越差。其次，镁是一种极易被腐蚀的金属，这就使得镁的应用条件变得相当苛刻。最后，镁的耐热性差，不宜在高温场合使用或者加工，再加上镁的室温强度比铝还低，这就进一步限制了镁及其合金的应用。
II镁及镁合金性能的改善
很多工程合金的成形性和机械性能与孪晶的形成和成长密切相关。在原子尺度了解孪晶界的结构和化学性质是至关重要的，如果我们想要正确剪裁孪晶以获得一些新的性能的话。已有报告显示出一个镁合金中的不寻常的现象，直到现在被认为不太可能:平衡时,溶质原子偏析成与孪晶界协调一致的阶梯状[1]。这种有序偏析为孪晶界提供钉扎的效果，导致相应的退火强度增强而不是削弱的罕见情况。这个发现为通过溶质原子形成工程纳米孪晶结构指明了前景。这可能会导致新的合金复合物和热机械加工方法.
像孪晶界这样的表面在弹性变形并最终在控制成形性及许多工程材料机械性能[2-6]起着关键的作用;显著的例子是轻量级的镁（Mg）合金，已在领导促进燃油效率及环保事业中得到相当的重视。像其它常用金属如钛（Ti），锆（Zr）和锌（Zn），镁呈吹冰边形结构,具有比立方材料更少的滑移系。形成镁产品需要激活弹性变形的孪晶化模式。作为一个新兴的一流的工程材料，镁合金比对手铝合金更为脆弱，这意着需要更有效的屏障，以阻止位错和孪晶界的运动。在热力学过程中,控制孪晶变形是阻碍更为广阔应用的最主要的技术障碍。孪晶化永久地在1011晶面发生，虽然（1012）和（3032）也已经观察到[7-12]。镁产品的可成形性，屈服强度和拉压强度和强度反对称性与孪晶化有很大关系;因此，材料学家们做出了很大的努力去理解成核,生长,热学稳定性以及在不同载荷下的生长影响因子。然而，从实验中对溶质,第二相原子,晶粒大小以及样品大小对孪晶化的影响已被证明难以实现。这在工程材料更是一直如此。具体来说，我们需要对孪晶界有原子尺度的实验证据以及对孪晶界结构和化学成份的理解.
众所周知，在室温下，镁通过通常的加工方式将会显示出极差的可成形性。这是由于镁只有一个密堆滑移面，即基面。因此，von Mises的5个独立形变方式（这样才能作任意的形变）的要求将不被满足。然而，镁的多晶体能在室温下呈现出一定的塑性。这可能是由于非基面滑移的启动或是因为孪晶的形成。事实上，随着温度的升高，以及晶粒的细化或是溶质元素的加入都将使镁获得一定的延展性。对于吹冰方密堆金属来说，所有这些都可以非基面滑移活动的加强以及孪晶倾向来解释。Tadmor和Bernstein的实验已经显示出面心立方金属位错释放以及孪晶化强烈地依赖于广义曾错能（我们将在下节定义）。另外，广义层错能事实上可以通过添加杂质元素来调整。为了使这种方法现实化，对于广义层错能的分析与估计将显得十分重要[13-16]。
在对GSF影响的各种因素中，杂质原子扮演着很重要的角色。很多情况下，添加金属元素能导致固溶强化和析出强化（特别是稀土元素）[17-19]： 添加杂质原子能显著改变杂质附近的电子结合状态，如果选择了合适的杂质原子，可以使杂质与周围镁原子共同分享核外价电子，价电子共有化运动的增强可以降低系统的能量，其起源是哈密顿量中的交换积分项（我们当然要的是负值）。被用于添加的的稀土元素一般都与镁原子的尺寸相近，因而畸变能较小，可以与镁形成稳定的固溶化合物。并且固溶沉淀可以使镁在高温下的强度和蠕变性能。La，Y，Gd，Nd，都是经常被使用的第二相，La的假如可以明显地改善镁合金的性能，提高其抗腐蚀和耐高温的能力。Y，Gd，Nd在镁合金的主要起了强化作用，并且如果进一步向Mg-Y体系添加Zn原子可以进一步降低Y的固溶度，更好地利用析出相的强化作用。