金属合金

合金抗氧化性能的第一性原理研究
耐热钢是指在600℃以上高温条件下能够承受较大应力、具有较强表面稳定性的不锈钢材料。奥氏体耐热钢熔点较高、高温强度、高温抗氧化性能优异,在航空发动机、工业燃气轮机等领域有广泛的应用。其优异的高温抗氧化性主要归功于合金表面保护性氧化膜Cr2O3、Al2O3的形成,氧化膜与金属基体相比,有更高的熔点,热力学稳定性非常好,可以有效地阻止基体中Fe等金属原子向表面的外扩散,同时阻止外界环境中O等的内扩散,对基体起到保护作用。由于基体/氧化膜界面两部分原子排列、取向、化学成分不同,成为结构较为薄弱的区域,在长期热循环服役环境及外界应力作用下,容易引发缺陷,导致氧化膜脱落,抗氧化性降低,严重则会导致材料失效,缩短使用寿命。因此,探索并提高基体/氧化膜界面结合强度是提高耐热钢抗氧化性能、延长使用寿命的最有利途径。
利用第一性原理计算方法(CASTEP)系统分析了合金化元素Si, Al, V, Ti, Mo, W, Nb, Y在Fe(111)/Cr2O3(0001)界面的偏聚行为及对界面结合能力的影响。计算结果表明W, Mo, Nb容易在界面处偏聚;而Y, Al, Si, Ti, V不容易在界面处偏聚。通过计算界面分离功及界面结构特征发现Si和Al在界面时通过与O相互作用可以提高界面的结合能力,即提高表面氧化膜的结合,进而间接增强抗氧化性能。
Comp. Mater. Sci. 109, 293-299 (2015)




铁基非晶涂层点腐蚀机理
通过腐蚀电化学试验,研究了铁基非晶金属涂层在不同腐蚀条件下的腐蚀机理。随着S2-浓度的增加,AMCs的钝化电流密度增大。加入NaCl后, S2-浓度的变化对腐蚀的影响很小。当Cl-和S2-共存时,Cl-是影响AMCs点蚀的主要因素。采用分子动力学(MD)模拟方法研究了点蚀过程。Cl-和S2-在Cr2O3包裹体(001)表面上表现出最强的扩散力和最大的负吸附能。Cl-引起的点蚀是通过穿透机理和与金属氧化物的界面吸附而发生的。 S2-的加入不影响Cr2O3夹杂物与NaCl之间的分子力和点蚀倾向。Cl-主要影响铁基非晶金属涂层在混合溶液中的点蚀。模拟和实验结果为解决铁基金属基复合材料中氧化物夹杂引起点蚀萌生的敏感位置提供了一种合适的方法。