Fe-Cr-Al合金高溫氧化及影響機理研究.pdf

1、Fe-Cr-Al合金在高溫下由于能夠形成氧化鋁保護膜，其使用溫度能高達1300℃,這就使得Fe-Cr-Al合金被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。部件的壽命仍是制約材料的一個關(guān)鍵問題。Fe-Cr-Al合金盡管有良好的抗氧化性，但其壽命仍是有限的。Fe-Cr-Al合金暴露在高溫環(huán)境中時，基體中的Al不斷枯竭，使得合金的壽命降低。在理論方面系統(tǒng)的研究Fe-Cr-Al合金高溫氧化行為，揭示其高溫氧化機制，有利于提高Fe-Cr-Al合金的工

2、作溫度及高溫環(huán)境下的性能，更有利于推進新型Fe-Cr-Al合金的研發(fā)。
　　本碩士論文選擇使用基于密度泛函第一原理方法的MS5.5軟件中Castep模塊進行計算模擬計算，建立Fe-Cr-Al合金模型和其表面存在氧吸附的模型，在理論層面上研究討論Fe-Cr-Al合金高溫氧化及影響機理。表面偏聚能結(jié)果表明：Cr,Al,Y原子都向Fe（110）表面偏聚，且Y的偏聚力最強，阻止了Fe原子向外擴散。Cr、Al、Y能在Fe（110）表面形成致

3、密的Al2O3,Cr2O3和稀土氧化物保護膜，阻止了O向內(nèi)擴散，從而減小合金的氧化速率。O吸附能計算結(jié)果表明，O能夠自發(fā)地吸附在Fe合金表面，Al、Cr、Y向表面偏聚會減少氧吸附過程中所釋放的熱量，這也有利于降低Fe-Cr-Al合金的氧化速率。通過分析態(tài)密度圖、電荷得失和電荷布居，發(fā)現(xiàn)O和Fe、Al、Cr、Y之間成鍵既有離子鍵又有共價鍵特性，其中Al和Y原子與O的離子性和共價性結(jié)合較強，這使Al、Y擇優(yōu)氧化加速，從而提高含Y的Fe-Cr

4、-Al合金氧化性能。
　　本文還研究了稀土對Fe-Cr-Al合金高溫氧化的影響機理。發(fā)現(xiàn)稀土元素的加入增大Al2O3氧化膜中的空位濃度，加快Al2O3氧化膜的形成速度?？焖傩纬傻腁l2O3氧化膜能夠起到阻止O向合金內(nèi)部擴散，起到保護Fe-Cr-Al合金的作用。雜質(zhì)S的存在會向Fe-Cr-Al合金表面偏聚。Fe-Cr-Al合金表面存在雜質(zhì)S時，雜質(zhì)S會排斥氧的吸附，使得氧化膜出現(xiàn)空洞，降低了基體合金的粘附性，使得氧化膜容易脫落，致使