铝基材料电场下能量参数的Thomas-Fermi模型计算

本文基于Thomas-Fermi模型,提出外势场与原子内势场的作用,确定外势场对体系势场边界条件的影响,建立外电场作用下的原子势场外边界条件。应用体积相加法,把单原子TF模型推广到化合物和固溶体。以Al-Mg合金系、Al-Li-Cu合金系为例,推导出了外势场下的化合物和固溶体能量参数的计算方法,系统地计算研究了电场下的自由能、吉氏自由能、熵、比热等能量参数。 计算结果表明:Al-Li-Cu系合金与Al-Mg系合金能量参数在极板电压和边界势下的变化趋势相同,极板电压下在零点附近变化较慢,在正负电场两端最大值变化趋势快。Mg5Al8的自由能在725K时大于460K时:Al-Mg固溶体的自由能随固溶度的增加而增加;Mg5Al8与Al-Mg固溶体自由能变化趋势不同,460K时固溶体高于化合物,725K时在零点附近及正电场范围内固溶体低于化合物。Al-Li-Cu系合金自由能的变化趋势与Al-Mg系类似;Al-4.0wt.%Cu、Al-1.0wt.%Li的自由能均小于Al-4.0wt.%Cu-1.0wt.%Li的自由能; 725K时Mg5Al8熵能明显高于460K,460K时的极值点更靠近零点。Al-Mg固溶体熵能随固溶度的增加而增加;460K时Al-Mg固溶体的熵能高于Mg5Al8的熵能,725K时熵能在零点附近及正电场范围固溶体的低于Mg5Al8的;Al-Cu-Li系合金熵能的变化趋势与Al-Mg系类似;725K时Al-4.0wt.%Cu的熵能大于Al-4.0wt.%Cu-1.0wt.%Li的熵能,而Al-1.0wt.%Li的熵能小于Al-4.0wt.%Cu-1.0wt.%Li的熵能; 合金的吉氏自由能、比热的变化趋势与自由能的变化趋势类似,在同温度同外电场下,同种合金的吉氏自由能高于自由能,比热的数量级很小,大约有零点几到几个eV/（K□atom）。