發(fā)布時間：2021-05-25 12:02

　　本文利用結(jié)合第一性原理與內(nèi)聚有限元的跨尺度計算方法研究鋁的鈍化及沿晶開裂行為與機(jī)理。首先,利用研究了鋁鈍化膜的形成過程,利用第一性原理計算O2和H20分子在Al（111）表面的吸附行為,結(jié)果表明:對于無缺陷Al（111）表面,鈍化膜在H2O和O2的共同作用下形成,通過O原子向內(nèi)部遷移而增厚。其次,利用第一性原理計算Cl-與鈍化膜的相互作用來探究原子尺度的點蝕萌生機(jī)理,點蝕的萌生更傾向于Cl-吸附導(dǎo)致的表面減薄,而不是反應(yīng)能壘較高的Cl-滲透行為。再次,利用第一性原理研究H原子在Al（111）表面的吸附、在亞表面和內(nèi)部的溶解以及從表面向內(nèi)部擴(kuò)散的能壘,通過對能量的分析可獲得H原子的最穩(wěn)定吸附、溶解位和最優(yōu)擴(kuò)散路徑以及擴(kuò)散需克服的能壘。本研究建立120個原子的晶內(nèi)和晶界結(jié)構(gòu)模型,利用第一性原理計算H原子在晶內(nèi)和晶界的溶解、H原子在晶內(nèi)和晶界的擴(kuò)散以及Al原子空位對擴(kuò)散行為的影響,結(jié)果表明,H原子更傾向于溶解在晶界處;H原子在晶界的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)高于晶內(nèi),晶界為H原子的快速擴(kuò)散通道;Al原子空位能夠促進(jìn)晶內(nèi)H原子進(jìn)入晶界,能夠促進(jìn)H原子在晶內(nèi)的擴(kuò)散;而Al原子空位對H原子在晶界擴(kuò)散能力的影響具有... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 鋁腐蝕行為概述
    2.2 鋁鈍化膜的形成與破壞
        2.2.1 鈍化膜的形成與性質(zhì)
        2.2.2 Cl~-導(dǎo)致鋁點蝕萌生機(jī)理
    2.3 鋁合金的氫致開裂行為研究進(jìn)展
    2.4 計算方法在腐蝕行為與機(jī)理研究中的應(yīng)用
        2.4.1 第一性原理計算方法及其在腐蝕研究中的應(yīng)用
        2.4.2 有限元方法及其在腐蝕研究中的應(yīng)用
        2.4.3 跨尺度計算與模擬方法研究進(jìn)展
    2.5 本文的研究內(nèi)容與目的
3 利用第一性原理計算方法研究鋁鈍化膜的形成機(jī)理
    3.1 引言
    3.2 計算模型與方法
        3.2.1 吸附計算
        3.2.2 過渡態(tài)搜索計算
        3.2.3 電子性質(zhì)計算
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 O_2分子在Al(111)表面的吸附
        3.3.2 H_2O分子在Al(111)表面的吸附
        3.3.3 O_2和H_2O分子在Al(111)表面的共吸附
    3.4 本章小結(jié)
4 鋁鈍化膜點蝕萌生機(jī)理
    4.1 引言
    4.2 計算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 H_2O分子在γ-Al_2O_3(010)表面的吸附
        4.3.2 Cl~-在γ-Al_2O_3(010)表面的吸附和亞表面滲透
        4.3.3 Cl-吸附對γ-Al_2O_3(010)表面能帶結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.4 鋁鈍化膜的點蝕機(jī)理
    4.4 本章小結(jié)
5 H原子在表面和內(nèi)部的吸附、溶解和擴(kuò)散
    5.1 引言
    5.2 計算模型與方法
        5.2.1 吸附和溶解反應(yīng)計算
        5.2.2 過渡態(tài)搜索計算
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 H原子在鋁表面和內(nèi)部的吸附和溶解
        5.3.2 H原子沿Al(111)表面向內(nèi)部擴(kuò)散
        5.3.3 H原子在金屬鋁晶界的溶解
        5.3.4 Al原子空位對H原子在晶內(nèi)和晶界遷移的影響
    5.4 本章小結(jié)
6 氫致鋁晶間開裂行為的跨尺度計算
    6.1 引言
    6.2 計算模型與方法
        6.2.1 第一性原理計算
        6.2.2 內(nèi)聚有限元計算
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 H原子偏聚對晶界強(qiáng)度的弱化
        6.3.2 氫致晶間開裂行為的模擬
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]H2O和O2在Al（111）表面吸附的密度泛函理論研究[J]. 雷小麗,楊麗霞,劉明星,張玉新,馮軍.  計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué). 2011(06)
[3]多尺度有限元建模方法及其應(yīng)用[J]. 陸新征,林旭川,葉列平.  華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版). 2008(04)
[4]鋁和鋁合金的大氣腐蝕研究現(xiàn)狀[J]. 安百剛,張學(xué)元,韓恩厚,李洪錫,宋詩哲.  中國有色金屬學(xué)報. 2001(S2)
[5]多尺度材料模型研究及應(yīng)用[J]. 郭雅芳,郭雅芳,王崇愚.  材料導(dǎo)報. 2001(07)



本文編號：3205306