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     

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     

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     

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.     

合金元素对Ag/Al界面性质影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算和分析Ag(111)/Al(111)界面体系的能量与电子结构,讨论Ag中加入的Be、Mg、Al、Ca、Ni、Sn合金化元素对Ag/Al界面性质的影响.结果表明:Ni原子倾向于界面处的取代位置,而Be、Mg原子倾向于靠近界面处的取代位置,Al、Ca、Sn原子倾向于远离界面处的取代位置;合金元素Be、Mg、Al、Ca、Ni、Sn的加入均会使Ag/Al界面的稳定性降低,其中Ca元素的影响程度最大,分离功降低到0.923 J/m~2,界面能增至0.703 J/m~2;通过电子结构计算结果分析认为,导致界面稳定性下降的主要原因应是合金化元素的加入使界面间形成的Ag-Al共价键强度降低引起.     

Mg合金晶粒细化机理的电子理论研究

采用递归法计算了α-Mg与α-Zr的结构能、原子结合能,Mg/Zr界面能与Mg/液态Mg界面能,Mg中Zr及Zr中Fe,Mn,Si等杂质原子相互作用能.计算发现α-Zr的结构能、原子结合能低于相应的α-Mg,且Mg/Zr界面能低于Mg/液态Mg界面能,从能量角度合理解释了Zr先于Mg从Mg熔体析出,并作为异质核心细化Mg晶粒的实验现象.原子相互作用能的计算结果显示,Zr在Mg中相互吸引形成团簇,并与杂质形成化合物,削弱晶粒细化效果. 关键词： 电子结构 晶粒细化 Mg合金     

Mg-Zr合金微观组织电子结构研究

用递归法计算了α-Mg与α-Zr的结构能、原子结合能,Mg/Zr界面能与Mg的表面能,Mg中Zr及Zr中Fe,Mn,Si,H等杂质原子相互作用能,Mg,Zr原子态密度及其在合金中的电荷变化. 计算发现,在晶体中与Mg态密度差别很大的Zr在Mg/Zr界面却与Mg趋于相近,从而界面电子环境与Mg相似,为Mg形核生长提供有利条件;α-Zr的结构能、原子结合能低于相应的α-Mg,且Mg/Zr界面能低于Mg的表面能,从能量角度合理解释了Zr先于Mg从Mg熔体析出,并作为异质核心细化Mg晶粒的实验现象. 原子相互作用 关键词： 电子结构 晶粒细化 Mg合金     

ZA27合金中稀土及铁的晶界偏聚与交互作用

根据分子动力学理论建立了液态ZA27合金的原子集团，结合计算机编程构造出ZA27合金α相与液相共存时的原子构形及α相大角度重位点阵晶界模型.利用递归法计算了铁、稀土元素 固溶 于晶粒内，游离于固液相界面及其在α相晶界处的环境敏感镶嵌能，计算了铁、稀土元素与 Al 的键级积分.由此得出：铁、稀土处于固液相界区比在晶内更稳定，解释了铁、稀土在α相内溶解度很小，结晶时富集于固液相界前沿液体中，从而导致凝固结束后铁、稀土元素偏聚于晶界，并形成成分复杂的稀土化合物的事实. 关键词： 稀土 晶界 递归方法 电子结构     

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     

Mg-Zr合金微观组织电子结构研究

用递归法计算了α-Mg与α-Zr的结构能、原子结合能，Mg/Zr界面能与Mg的表面能，Mg中Zr及Zr中Fe，Mn，Si，H等杂质原子相互作用能，Mg，Zr原子态密度及其在合金中的电荷变化. 计算发现，在晶体中与Mg态密度差别很大的Zr在Mg/Zr界面却与Mg趋于相近，从而界面电子环境与Mg相似，为Mg形核生长提供有利条件；α-Zr的结构能、原子结合能低于相应的α-Mg，且Mg/Zr界面能低于Mg的表面能，从能量角度合理解释了Zr先于Mg从Mg熔体析出，并作为异质核心细化Mg晶粒的实验现象. 原子相互作用     

Al、Zn、Mn、Zr、Ca对Mg合金电子结构影响的第一性原理研究

应用密度泛函理论研究了合金元素Al、Zn、Mn、Zr、Ca对α-Mg合金电子结构的影响。对合金元素添加后的结构进行了优化。在稳定结构的基础上,通过对不同合金元素的形成能、态密度、布居分布、差分电荷密度的分析,认为引起合金性能变化的原因是各合金元素的电负性和原子半径的大小不同所致,对比了合金元素对材料电子结构的影响,从理论上解释了Zr、Ca强烈的合金强化、细化作用。     

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     

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     

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     

Sc在Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金中作用机理的电子理论研究

通过晶胞平移获得Al-Zn-Mg-Cu合金中α-Al,Al₃Sc及η相原子集团模型,采用自编软件建立α-Al/液态Al界面、α-Al/Al₃Sc界面原子团模型.用递归法计算合金中各组织的态密度、结合能、费米能级,合金元素Sc与空位相互作用能等电子参数.依据电子参数解释合金晶粒细化、腐蚀的物理本质.研究表明： Al₃Sc从液态金属析出时释放的能量比α-Al从液态金属析出时所释放的能量少,可先于α-Al从液态金属中析出;且α-Al 关键词： 电子结构 腐蚀 超高强Al合金     

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.     

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