本文關(guān)鍵詞：不銹鋼滲氮表面耐腐蝕機理的第一性原理研究

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【摘要】：奧氏體不銹鋼因其具有穩(wěn)定的奧氏體組織、高塑性及韌性、無鐵磁性、良好的耐蝕性能和加工性能而被廣泛應(yīng)用于核電、航空航天等重要領(lǐng)域。然而,采用普通滲氮工藝改性奧氏體不銹鋼時,容易析出氮化鉻硬化表面區(qū)域,并消耗掉大量的鉻元素,這個過程在提高基體表面硬度的同時卻降低了耐蝕性能。通過等離子體低溫(400-C)滲氮處理得到的含γN相成分的不銹鋼材料卻有著非常好的耐磨抗蝕復(fù)合性能。γN相的成分特點是具有內(nèi)應(yīng)力,含過飽和氮以及鉻氮短程有序分布。N原子是γN相中含有的主要合金元素之一,并且N濃度是含γN相成分不銹鋼和普通不銹鋼的主要成分區(qū)別。N原子對金屬基體耐腐蝕性能的影響是至關(guān)重要的,也直接關(guān)系到我們對不銹鋼耐腐蝕機理本質(zhì)的理解。為此,本論文采用第一性原理計算方法研究奧氏體不銹鋼中N原子及其濃度變化(無氮和放置1～3個氮原子時記為ON～3N)對耐腐蝕性能的影響。首先對比研究了不含氮Fe(001)面和含氮Fe(001)面上O原子在T(頂位)、H(穴位)、B(橋位)三個吸附點的吸附能和電子結(jié)構(gòu),結(jié)果發(fā)現(xiàn)N原子加入之后,O原子在三個不同吸附點的吸附能都有明顯增加,例如吸附最穩(wěn)定的H位置的吸附能有之前的6.58 eV變?yōu)?1.38 eV；在電子結(jié)構(gòu)方面,對氧鐵鍵貢獻(xiàn)最大的O原子的p軌道在加氮前雜化區(qū)間為-6 eV～5eV,峰值為0.21 states/eV,加氮后雜化區(qū)間-6 eV～6 eV,峰值為2.30 states/eV,p軌道在雜化區(qū)間變化不大的情況下,峰值增加了十倍,軌道雜化增強,成鍵作用明顯。進(jìn)一步改變基體N原子濃度發(fā)現(xiàn),N原子濃度與O原子在基體表面的吸附能力不是單調(diào)關(guān)系。N原子在ON～1N濃度范圍內(nèi)變化時,基體對吸附的氧原子的影響處于一個上升區(qū)間,吸附能最大時為11.38 eV；N原子在1N～2N濃度范圍內(nèi)變化時,基體對吸附的氧原子的影響處于一個穩(wěn)定區(qū)間,穩(wěn)定在11.38 eV和11.15 eV之間；N原子在2N～3N濃度范圍內(nèi)變化時,基體對吸附的氧原子的影響處于一個下降區(qū)間,最小值為8.99 eV。這個計算結(jié)果解釋了這樣的實驗現(xiàn)象：氮原子濃度低于某一臨界值時,金屬基體對氧原子的吸附趨勢明顯,使得最終形成的鈍化膜最外層成分中含有較多的氧化物；當(dāng)?shù)獫舛葷舛瘸^某一臨界值時,金屬基體對氧原子的吸附趨勢減弱,對其它離子如OH-的吸附能力增強,使得形成的鈍化膜最外層成分中含有的氫氧化物較多。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1269265