稀土对镁合金应力腐蚀影响电子理论研究

建立了镁合金纯净晶界及其析出Mg₁₇Al₁₂相的晶界原子集团，应用实空间的递归方法计算了铝、稀土元素在晶界的偏聚能，晶界处铝、稀土原子间相互作用能和不同体系的费米能级.讨论了铝、稀土在晶界的偏聚行为，铝、稀土原子间的相互作用与有序化的关系及稀土对镁合金晶间应力腐蚀影响的物理本质.研究发现：铝、稀土原子偏聚于晶界；铝原子间相互排斥，在晶界区形成有序相Mg₁₇Al₁₂，稀土原子间互相吸引，形成原子团簇；稀土原子团吸引铝原子，使铝原子渗入稀土团簇中，形成稀土化合物.因此，稀土具有抑制铝在晶界形成导致应力腐蚀的阴极相Mg₁₇Al₁₂的作用，提高镁合金的晶间应力腐蚀抗力. 关键词： 电子理论 镁合金 应力腐蚀 稀土     

Bi，Sb及稀土元素对AZ91镁合金高温性能影响机理研究

利用大角重位点阵概念建立了AZ91镁合金基体(α相)和镁［0001］对称倾斜晶界原子结构模型,应用实空间的连分数方法计算了体系的结构能,环境敏感镶嵌能以及相互作用能.结果发现,在镁合金基体中,Al和稀土形成团簇时比较稳定,Al,Bi或Sb与稀土形成团簇时不稳定.Bi或Sb和稀土元素同时存在于AZ91镁合金中时,一方面Bi或Sb将可与RE结合形成RE₂Bi(RE₂Sb)或RE-Bi(RE-Sb)化合物弥散分布于晶界,另一方面镁合金基体中会形成Al_{11关键词： 电子理论 晶界偏聚 合金元素 高温性能}     

Bi，Sb合金化对AZ91镁合金组织、性能影响机理研究

利用大角重位点阵模型建立了AZ91镁合金α相［0001］对称倾斜晶界原子结构模型，应用实空间的连分数方法计算了Mg合金的总结构能，合金元素引起的环境敏感镶嵌能及原子间相互作用能，讨论了主要合金元素Al及Bi，Sb在AZ91中的合金化行为.计算结果表明，Al，Bi，Sb固溶于α相内或晶界区使总结构能都降低，起到固溶强化作用；合金元素在AZ91α相内趋于均匀分布，在晶界区易占位于三角椎上部.AZ91镁合金中加入Bi或Sb时，Bi或Sb比Al容易偏聚于晶界，从而抑制了Al在晶界的偏聚，促进基体中连续的Mg₁₇Al₁₂相的析出，提高AZ91合金室温性能； AZ91合金中(α相内和晶界区)主要合金元素Al和微加元素Bi，Sb都能够形成有序相Mg₁₇Al₁₂，Mg₃Bi₂或Mg₃Sb₂，且在晶界区形成的量大.Bi，Sb加入AZ91合金中，由于Bi，Sb抑制Al在晶界的偏聚，晶界区主要析出相为Mg₃Bi₂或Mg₃Sb₂，提高镁合金高温性能. 关键词： 电子理论 合金化 晶界偏聚 镁合组织与性能     

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     

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     

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.     

碳纳米管增强铝基复合材料电子理论研究

采用自行开发计算机软件，建立了铝晶粒大角度重位点阵晶界模型及碳纳米管与铝金属的界面结构，利用递归法计算了纳米碳管增强铝基复合材料的电子结构参数(铝晶界、铝与纳米管界面及纳米管的结构能，体系费米能级等). 计算结果表明：Σ为5的晶界结构能最低，比较稳定；纳米碳管在铝晶粒的晶界处与铝形成的界面结构能较低，复合材料中纳米碳管主要分布在铝晶粒的晶界处；铝提高纳米碳管的结构能，降低纳米碳管的稳定性，增强碳管的物理化学活性，且管口处的碳原子稳定性较差，易与周围环境中的原子结合生成稳定结构. 关键词： 电子结构 晶界 铝复合材料 纳米管     

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     

Pb-Mg-Al合金腐蚀机理的电子理论研究

为了了解Pb-Mg-Al合金腐蚀的物理本质, 本文采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Pb-Mg-Al合金中各物相的结合能、费米能级和局域态密度等电子结构参数, 分析了合金的电化学腐蚀机理. 计算结果表明：Pb-Mg-Al合金中各主要组成物相稳定性大小关系为 Mg₁₇Al₁₂>Mg₂Pb>Mg;Mg,Mg₂Pb和Mg₁₇Al₁₂的费米能级存在E_f(Mg)>E_f(Mg₂Pb)>E_f(Mg₁₇Al₁₂)的关系, 说明Mg最容易失去电子, Mg₂Pb次之, Mg₁₇Al₁₂最难;局域态密度表明, 在同样的外界条件下, 体系中Mg相和Mg₂Pb相对于Mg₁₇Al₁₂均处于不稳定的状态, 容易失去电子, 即容易发生腐蚀. Pb-Mg-Al合金体系中不同物相的费米能级差构成了电化学腐蚀的电动势, 导致电子从费米能级高的Mg相和Mg₂Pb相流向费米能级低的Mg₁₇Al₁₂相, 使Pb-Mg-Al合金发生腐蚀.     

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     

Cr含量对Ti-Nb-Cr合金抗腐蚀性影响的电子结构计算

许多实验报道中表明合金化元素Cr能够提高Ti基合金的抗腐蚀性.为了解Cr元素含量对Ti-Cr-Nb合金的影响,本文计算了不同Cr含量的Ti-Cr-Nb合金的内聚能、形成能、费米能级和态密度等参数.分析了Cr含量对合金的电子结构稳定性以及腐蚀性能的影响.结果表明:随着Cr含量的增加,体系内聚能升高,形成能增加,体系稳定性略有下降,且材料形成条件变得苛刻;费米能级明显降低,体系不易失去电子,抗腐蚀性能增强;体系金属键增强,失电子能力降低,抗腐蚀性能提高;态密度与差分电荷密度研究表明, Cr含量的增加使得体系金属键增强,表明体系抗腐蚀性的提高.从费米能级和态密度图中发现,当Cr含量约为18.75 at.%时,合金的耐腐蚀性最优.     

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     

铸造锌铝合金稀土变质机理的电子理论研究

根据分子动力学理论建立了液态锌铝合金ZA27的模型，结合计算机编程构造出了ZA27合金α 相与液相共存时的原子结构模型，利用递归方法计算了稀土固溶于晶粒内和富集于结晶前沿 时的电子结构.由此得出：稀土处于相界区比在晶内更稳定，从而解释了稀土在α相内溶解 度很小，结晶时富集于结晶前沿液体中的事实；稀土处于液态和晶态的结构能差相对于铝较 大解释了稀土在相界前的富集使α晶枝产生熔断、游离、增殖的观点.原子间的键级积分计 算也表明，稀土处于结晶前沿液体中与铝相比不容易结晶到晶体表面，起到阻碍晶粒长大， 细化晶粒的作用，这就从电子层次解释了稀土的变质机理. 关键词： 电子结构 液固相界原子结构模型 稀土变质机理     

铜基大块非晶合金添加微量元素对腐蚀行为的影响机理研究

通过分子动力学方法模拟了Cu-Al合金液相,然后模拟降温过程得到Cu-Al非晶合金.通过计算机编程建立了Cu-Al-M非晶基体、Cu-Al-M非晶表面及吸附O原子Cu-Al-M非晶表面原子结构模型.利用实空间连分数方法,研究了添加微量合金元素Zr,Nb,Ta,V,Y,Sc对Cu基大块非晶合金的腐蚀行为的影响机理.研究发现合金元素Zr,Nb,Ta,V,Sc不向清洁Cu基非晶表面偏聚,但除Y外向有氧吸附的表面偏聚,说明有氧吸附后Cu基非晶表面偏聚发生逆转.键级积分计算表明Zr,Nb,Ta,V,Y,Sc元素均增大与氧之间的结合力,易形成氧化膜,提高Cu基大块非晶的耐蚀性.稀土Y提高Cu基大块非晶的耐蚀性可能是由于它向合金与氧化膜界面偏聚并提高了合金与氧化膜的结合力.     

Zr基大块非晶中添加元素对非晶形成能力及耐蚀性的影响

运用实空间递归方法研究了添加元素Nb,Ta,Y,La对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响.用计算机编程构造了Zr基非晶中初始晶化相Zr₂Ni的原子结构模型,用Zr₂Ni中的二十面体原子团簇模拟非晶中的二十面体团簇.计算了替代二十面体中心或顶角位置原子前后Ni,Zr及合金元素的局域态密度、团簇中心Ni与近邻Zr原子及Ni与替代元素Nb,Ta,Y,La间的键级积分,还计算了合金元素替代前后团簇的费米能级.局域态密度计算结果表明：合金元素Cu占据二十面体团 关键词： 电子结构 Zr基大块非晶 非晶形成能力 耐蚀性