激光原理论文提纲

论文题目：钢铝激光焊接界面及金属间化合物第一性原理计算

摘要：钢、铝异种金属连接可以兼顾两种金属的优点,在汽车制造领域中具有广泛的应用前景。然而,由于钢、铝异种金属焊后易出现大量脆性的Fe-Al金属间化合物,降低了接头性能,制约了其发展和应用。提升钢、铝结构的强度和长期可靠性,要从界面金属间化合物的研究入手。目前,钢铝焊接界面的组织调控和Fe-Al金属间化合物性能的研究成为相关领域的热点。本文针对钢铝焊接领域存在的问题和困难,进行了系统的研究工作。在316L不锈钢和6061铝合金板上进行了 T型接头激光焊接实验,发现在激光功率800 W,入射光束角θ=20°的焊接工艺条件下,接头形貌较好。通过光学显微镜,扫描电子显微镜（SEM）,能量色散谱（EDS）,X射线衍射（XRD）和纳米压痕分析了焊接接头的微观结构,反应相,断裂形貌和力学性能。根据 XRD 和 EDS 分析,接头中形成了 Fe3Al,FeAl,Fe2A15,FeA12,FeAl3和Fe4Al13。为了分析Fe-Al金属间化合物的性能及其对钢铝焊接接头的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地计算了 Fe-Al金属间化合物的平衡晶格常数,热力学性能、力学性能和电子性能。结果表明,Fe3Al和FeAl2表现出塑性特征;FeAl,Fe2Al5,FeAl3和Fe4Al13表现出脆性。在费米能级附近,Fe的3d电子层与A1的p电子层共同起作用。Fe-Al金属间化合物的离子性较弱,硬度较高,熔点较高,具有典型的金属性。使用边对边的晶体匹配模型计算了每个反应相界面处的失配率。建立了钢铝界面模型,采用Griffith微裂纹理论计算了界面体系的断裂功,以评估各个界面的结合强度。实验和计算结果相互验证,研究了 Fe-Al金属间化合物的性能及其对钢铝界面的影响。

关键词：第一性原理计算;激光焊接;钢铝异种接头;Fe-Al金属间化合物;机械性能;界面结构

学科专业：材料工程（专业学位）

摘要

Abstract

第1章 引言

1.1 概述

1.2 钢铝异种材料激光焊接概述

1.2.1 钢铝异种材料焊接概述

1.2.2 钢铝异种材料激光焊优势及难点

1.2.3 钢铝异种材料激光焊接国内外研究现状

1.3 第一性原理模拟计算

1.3.1 计算材料科学产生的背景

1.3.2 常见的模拟计算方法

1.3.3 第一性原理模拟计算金属间化合物的应用

1.4 本文主要研究内容

第2章 实验方法及第一性原理模拟计算方法

2.1 实验方法

2.1.1 实验材料与设备

2.1.2 实验过程概述

2.2 第一性原理模拟计算方法

2.2.1 多粒子系统的薛定谔方程

2.2.2 密度泛函理论

2.2.3 Material Studio软件介绍

第3章 钢铝激光焊界面组织分析

3.1 接头形貌分析

3.2 接头金属间化合物组成分析

3.3 接头组织力学性能分析

3.4 本章小结

第4章 钢铝激光焊界面金属间化合物第一性原理模拟计算

4.1 计算模型与方法

4.2 计算结果与分析

4.2.1 热力学性能

4.2.2 力学性能

4.2.3 电子性能

4.3 本章小结

第5章 钢铝激光焊焊接界面结合性研究

5.1 接头断口形貌分析

5.2 界面失配率计算

5.3 界面第一性原理模拟计算

5.3.1 计算模型与方法

5.3.2 界面断裂功

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献