本文選題：Fe-Cr-Al合金 + 第一性原理��； 參考：《沈陽師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：Fe-Cr-Al合金是唯一能夠長期在1000℃以上高溫環(huán)境中工作的金屬材料,最高工作溫度可達(dá)到1300℃。這主要取決于高溫下合金表面形成的連續(xù)致密且粘著性良好的氧化鋁膜,能夠有效保護(hù)合金基體。雖然Fe-Cr-Al合金具有良好的抗氧化性能,但高溫環(huán)境中,在金屬/氧化膜界面處容易發(fā)生界面層脫,繼而引起整個(gè)氧化膜的剝落,導(dǎo)致整個(gè)材料系統(tǒng)失效。因此,研究氧化膜剝落的誘導(dǎo)因素以及如何有效提高氧化膜的粘附性從而增強(qiáng)金屬/氧化膜界面的結(jié)合強(qiáng)度,是Fe-Cr-Al合金研究的關(guān)鍵。本文研究了雜質(zhì)S在界面的偏聚和活性元素(La、Ce、Y、Hf)的摻雜對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。所有計(jì)算工作均利用MS6.0軟件的CASTEP模塊完成,此模塊是基于密度泛函理論框架下的第一性原理平面波贗勢(shì)方法。經(jīng)過計(jì)算界面結(jié)合能可知,純凈界面的界面結(jié)合能為-10.01787e V,S在界面偏析后界面結(jié)合能為-5.04387e V,這說明S的界面偏析降低了界面的穩(wěn)定性。再通過比較S在界面不同位置的界面偏析能,就可以確定雜質(zhì)S的偏析路徑。從態(tài)密度圖和鍵的布居值來看,雜質(zhì)S的界面偏析引起Fe與O態(tài)密度峰的重疊度急劇下降,S-O的單位鍵長的布居值較之Fe-O發(fā)生不同程度的減小,嚴(yán)重削弱了界面處的成鍵作用,導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度下降。摻雜活性元素(La、Ce、Y、Hf)后,計(jì)算可知,活性元素(RE)的界面偏析能小于S的,即RE的界面偏析能力大于S。分析態(tài)密度和鍵的布居值(P)發(fā)現(xiàn),Fe-O的P值均增大,La-O和Ce-O的P值降低,Y-O和Hf-O的P值增大,這說明Y和Hf能增強(qiáng)界面處原子間的相互作用,但無法得出La和Ce也提高界面結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)論。在Fe基體中,La-S和Ce-S的P值為負(fù)值,Y-S和Hf-S的P值非常大,這表明La-S和Ce-S成反鍵狀態(tài),Y-S和Hf-S之間則形成相互作用很強(qiáng)的共價(jià)鍵。Y和Hf在基體內(nèi)能有效釘扎S,阻礙了S向界面偏析。因此,作為合金化元素添加的活性元素,其界面強(qiáng)化機(jī)理主要包括兩方面:(1)直接參與Fe/Al2O3界面的化學(xué)成鍵;(2)在Fe基體中有效釘扎雜質(zhì)S,抑制S向界面的有害偏聚。
[Abstract]:Fe-Cr-Al alloy is the only metal material which can work in high temperature environment above 1000 鈩，

本文編號(hào)：1878250