铂族及过渡金属对Ti合金钝化影响机理研究

采用递归法计算了Ti合金的电子结构,从电子层面证实了Ni, Co, Pt, Ru, Ir在合金表面偏聚．聚集的Ni, Co以团簇的形式分布在合金表面,Pt, Ru, Ir与钛形成有序相．合金元素团簇与不含合金元素的Ti区形成微电池,在腐蚀介质的作用下使Ti优先分解,留下难溶的合金元素的颗粒在合金表面形成富集层．有序相中Ti的活性高于合金元素,Ti溶解,同样留下合金元素的颗粒在合金表面形成富集层．合金元素的富集层通过电催化作用促进Ti合金的钝化,从而提高Ti合金的抗腐蚀能力．同时添加贵金属和过渡元素（Ru和 关键词： 电子结构 表面偏聚 电催化 钝化机理     

Pd对Ti合金钝化影响的电子理论研究

采用递归法计算了Ti合金的电子态密度、环境敏感镶嵌能、费米能级等电子结构参量.计算发现Pd在晶体体内比在其表面的环境敏感镶嵌能高,说明Pd易于在 Ti合金表面偏聚.Pd在表面时,原子团簇形成能为负值,说明Pd以团簇形式分布于合金表面.态密度计算结果表明,Pd的局域态密度局限在很窄的能量范围内(-20—-15 eV),使Ti合金的总态密度在此区出现尖峰.该尖峰的存在降低了Ti合金的费米能级,于是表面含Pd较多的区域费米能级较低,含Pd少或不含Pd的区域费米能级较高.费米能级不同的两区域接触会形成微电池,在腐 关键词： Ti合金 钝化 电子结构 表面     

Nb-Ti-Al合金高温氧化机理电子理论研究

采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能和团簇能等电子结构参数,研究Nb合金高温氧化机理.研究表明,氧在Nb合金表面的吸附能较低,易在合金表面吸附,并逐渐扩散到Nb合金的基体中.氧在合金基体中镶嵌能为负值,氧的态密度和Nb相似,在Nb中具有很高的溶解度.Ti,Al在合金晶内的镶嵌能均高于各自在合金表面的镶嵌能,Ti,Al从合金内部向合金表面扩散,最终在Nb合金表面偏聚,形成富Ti,Al的表层.团簇能计算结果表明Nb合金表面的Ti,Al原子各自均有聚集倾向,分别形成Ti和Al原子团.氧与合金     

钢铁材料组织超细化机理的电子理论研究

通过计算机编程建立奥氏体相中的1/2［110］刃位错，用实空间的递推方法计算碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论碳、氮及合金元素在位错区的 偏聚及交互作用.计算结果表明：分立的轻杂质C，N易偏聚在位错区，它们在刃位错上方形 成柯氏气团；合金元素在完整的奥氏体晶体中趋于均匀分布，强、中碳化物形成元素（Ti, V, Nb, Cr）易在刃位错区偏聚，它们在位错上方形成柯氏气团，而非碳化物形成元素Ni偏 聚于位错线下方，或分布于非缺陷区；轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚.当 温度下降使得C，N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时，在钢的奥氏体刃位错区将有C，N化合物脱溶，这些化合物可作为奥氏体再结晶的异质晶核，细化晶粒. 关键词： 电子结构 位错 超细化     

Fe-Cr-Al合金高温氧化行为电子理论研究

从电子层面系统研究Fe-Cr-Al合金氧化膜的形成机理,杂质硫对氧化膜黏附性的影响,稀土元素在改善氧化膜黏附性方面的作用,揭示合金氧化的物理本质.研究表明氧使Al在合金表层的环境敏感镶嵌能最低,促使Al原子从合金内部向合金表面扩散,最终在合金表面偏聚.由于氧与Al间的亲和力较大,氧原子易与Al结合生成Al2O3保护膜.杂质S在基体/氧化膜界面的环境敏感镶嵌能较低,可通过扩散偏聚在基体/氧化膜界面,削弱氧化膜与合金基体的结合力.当合金中加入Y后,Y易与S结合形成稳定的硫化物,阻碍S向基体/氧化膜界面的偏聚,显著提高氧化膜的黏附性,提高合金抗高温氧化能力.     

杂质对吸附系统O/RhxPt1-x衬底、合金(110)表面偏析的影响

构造了考虑吸附与偏析相互作用情况下无序二元合金Rhx Pt1-x(110)吸附氧表面的原子集团模型,其中O的覆盖度为0.5;构造了考虑杂质Ni,Cu,W对合金可能产生影响的吸附表面原子集团模型,杂质的掺入采用替位式.应用recursion方法计算了合金表面的环境敏感镶嵌能和电子结构.环境敏感镶嵌能计算表明杂质Ni,Cu和W均使O吸附RhxPt1-x(110)合金表面偏析情况发生逆转,Ni对Rh-Pt合金偏析的影响最大,其次是Cu,W对合金偏析的影响最小;电子结构计算表明杂质Ni,Ca W存在于合金表面时,使Rh与O的共价相互作用减弱,使表面偏析发生逆转,Pt再次偏析于表面.     

微合金化元素晶界偏聚与钢的超细化理论研究

通过计算机编程建立钢奥氏体相中Σ5〈001〉/(210)大角晶界模型，用实空间的递推方法计 算碳、氮及微合金元素在完整晶体及晶界区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论碳、氮及微合 金元素在晶界区的偏聚及交互作用.计算结果表明，轻杂质C，N易偏聚于晶界区，且形成气 团；微合金元素在完整的奥氏体中趋于均匀分布，Ti，V，Nb易占位于晶界三角棱柱的顶部( 压缩区)，且其加入量足够大时，它们能够在晶界区形成气团；微合金元素能够偏聚于C，N 掺杂的大角晶界区，当温度下降使得C，N及微合金元素的浓度超过其最大固溶度时，在钢的 奥氏体晶界区将有C，N化合物脱溶，这些化合物既可成为奥氏体再结晶的异质晶核，又可以 阻碍奥氏体晶粒长大，故可起到细化晶粒作用.在微合金元素中Nb的细化效果最好. 关键词： 电子结构 晶界偏聚 超细化     

钛金属应力腐蚀机理电子理论研究

为从理论上揭示钛金属应力腐蚀行为的本质，建立了α钛晶粒及位错塞积形成的微裂纹原子 集团模型，利用递归法(recursion)计算了裂纹及晶粒内的电子结构参量(费米能级、结构能 、表面能、团簇能、环境敏感镶嵌能). 计算结果表明：氢在裂纹处的环境敏感镶嵌能较低 ，易于偏聚在裂纹处，且氢在钛金属裂纹处团簇能为正值不能形成团簇，具有有序化倾向， 趋于形成氢化物. 氢在裂纹处偏聚降低裂纹的表面能，使裂纹容易扩展. 裂纹尖端处费米能 级高于裂纹其他区域，使电子从裂纹尖端流向裂纹其他区域造成电位差，在电解质作用下裂 关键词： 递归法 电子结构 钛 应力腐蚀     

Ca，Be在镁合金中的阻燃作用

建立了镁合金的晶体,液态及其固/液界面模型.采用递归法计算了Ca,Be在α-Mg、固/液界面、镁液态中的环境敏感镶嵌能,定义并计算了Mg,Ca及Be与氧的原子亲和能.计算结果表明：Ca,Be在镁晶体中的环境敏感镶嵌能较高,不能稳定固溶于晶体中,因此在固体中的溶解度较小.合金凝固时Ca,Be扩散到环境能较低的液体中,向液面聚集.由于Ca,Be与氧的原子亲和能低于镁与氧的亲和能,聚集在液体表面的Ca,Be将优先与氧结合,生成致密的镁与合金元素的混合氧化物,阻止镁合金燃烧. 关键词： 电子结构 阻燃 Mg合金     

镁合金电子结构与腐蚀特性研究

采用递归法计算了镁合金电子结构.研究发现Mg的态密度在晶内与表面接近,当表面有氧或氢氧时态密度形状改变很大,因此Mg在晶内、表面性质是接近的,但当合金表面渗透氧或氢时,合金性质有明显变化.Al,Y,La三种元素在晶体表面的掺杂原子镶嵌能均低于各自在晶内的掺杂原子镶嵌能,Al, Y, La从晶内向晶体表面扩散、并在合金表面偏聚.Al-O, Y-O, La-O, Mg-O及Mg-O-H间的亲和能均为负数,这些原子间存在亲和力,可以在合金中相互作用形成化合物.由于Mg-O-H间的亲和能远低于Mg-O的亲和能,因此Mg(OH)₂比MgO更稳定.氧化初期氧与Mg, Al, Y, La等生成氧化物,当合金与腐蚀介质接触时,MgO与腐蚀介质中的水发生反应生成Mg(OH)₂.Al₂O₃,（Y,La）₂O₃及Mg(OH)₂能对合金起到保护作用,提高合金的耐腐蚀性能. 关键词： 电子结构 Mg合金 腐蚀特性     

Nb-Al合金高温氧化机理

通过自编软件建立了铝氧化膜与基体铌界面的原子集团模型,用递归法计算了合金的原子埋置能、原子结合能等电子参数,从电子层面分析铌合金高温氧化机理.研究表明:铝通过晶界扩散偏聚在合金表面,并与氧结合生成致密的Al2O3氧化膜,阻挡氧向铌基体扩散.晶界和稀土元素能提高氧化膜与基体间的原子结合能,增加其界面的结合强度,加强氧化膜与基体铌间的黏附性.因此,通过在合金中添加稀土元素或细化合金晶粒均能提高铌合金的抗高温氧化性能.     

钛的腐蚀与钝化机理电子理论研究

建立了位错塞集引发的裂纹原子集团模型,采用递归法计算了钛的电子结构参量,并研究了氧、氯、钯等元素对钛电子结构的影响.发现氧能降低费米能级附近的态密度,使钛的物理化学活性降低.氧降低钛的原子结合能,与钛原子之间有较大的亲和力,易与钛反应形成氧化膜.Cl在钛中的稳定性及与钛的亲和力均不及氧,很难取代钛表层中的氧,使得钛的氧化膜非常稳定,不会出现过钝化现象.Pd在钛中裂纹处的环境敏感镶嵌能较低,易扩散到裂纹处,且Pd元素使H在裂纹处的环境敏感镶嵌能明显升高,有效减小H向裂纹处的扩散,提高钛的应力腐蚀抵抗力. 关键词： 钛 腐蚀 钝化 电子结构     

Fe-Cr-Al合金氧化膜形成机理电子理论研究

通过自编软件建立了Fe-Cr-Al合金表面、氧化膜/基体界面模型,采用递归法计算了合金元素在Fe-Cr-Al合金表面、氧化膜/基体界面的环境敏感镶嵌能、亲和能、结合能、态密度等电子结构参数.从电子层次系统研究了Fe-Cr-Al合金氧化膜的形成机理、稀土元素和杂质硫对氧化膜形成过程及黏附性的影响机理.研究表明Fe-Cr-Al合金中Al的偏聚驱动力远大于Y,Cr.氧化初期氧从合金表面向合金内部扩散,合金内部Al向合金表面扩散,使合金形成富铝、氧表面层;氧与Al间的亲和力较大（亲和能低）,氧原子容易与Al结合生成Al₂O₃保护膜;合金中加入Y后,Y在合金表面偏聚,抑制Al向合金表面扩散,氧化膜的横向生长得到有效控制,从而避免氧化膜皱褶形貌的发生,提高氧化膜的黏附性;合金内部的S通过扩散汇集在基体/氧化膜界面,S使界面区原子的总能增高,总态密度降低,减小了界面的稳定性,进而削弱氧化膜与合金基体的结合力. 关键词： 电子结构 高温氧化 Fe-Cr-Al合金     

镁合金稀土阻燃机理电子理论研究

通过计算机软件建立镁合金的晶体,液态及其固/液界面模型.采用递归法计算了稀土元素在α-Mg、固/液界面、镁液态等原子环境中的环境敏感镶嵌能,定义并计算了Mg,La及Y与氧的原子亲和能.计算结果表明：La,Y在镁晶体中的环境敏感镶嵌能较高,不能稳定固溶于晶体中,因此在固体中的溶解度较小.合金凝固时稀土元素扩散到环境能较低的液体中,向液面聚集.由于稀土与氧的原子亲和能低于镁与氧的亲和能(镁、稀土与氧的亲和能分别为Mg-O：-14.9338 eV,La-O：-19.0608 eV,Y-O：-19.5050 eV 关键词： 电子结构 阻燃 Mg合金     

铌合金电子结构及其高温氧化行为

为了从电子层面揭示Nb合金高温氧化的物理本质,采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能等电子结构参数,探索Nb合金高温氧化机理.研究表明:氧在Nb中具备较高的扩散速率和溶解度,且氧与Nb较易发生反应,生成氧化物,这使Nb的抗高温氧化性较差.原子镶嵌能的计算结果表明,合金元素Ti,Si,Cr在基体中稳定性较低,易向Nb合金表面扩散,形成富Ti,Si,Cr的表层.合金表层中氧与Nb,Ti,Si,Cr间具有较大亲和性,可以生成相应的氧化物,形成对合金具有保护作用的氧化膜. 关键词： 递归法 高温氧化 Nb合金     

Pt(110)表面自吸附原子能量和力的改进分析型嵌入原子法分析

采用改进分析型嵌入原子法计算了Pt(110)表面自吸附原子的能量和法向力.当Pt吸附原子位于Pt(110)表面第一层原子的二重对称洞位上0.11nm时最稳定.Pt吸附原子的最佳迁移路径是由一个二重对称洞位沿密排方向迁移到最近邻的另一个二重对称洞位.在吸附原子远离表面的过程中，将依次经过排斥、过渡和吸引等三个区域.在排斥区和过渡区，由于吸附原子与表面原子间强的相互作用势，吸附原子的能量和法向力的形貌图均为(110)面原子排列的复形，与对势理论和嵌入原子法得到的结果一致.在吸引区，由于多体相互作用及晶体中原子 关键词： 金属表面 自吸附 能量 力