Ni-Cr-Al合金高溫氧化及影響機(jī)理研究.pdf

1、Ni-Cr-Al高溫合金依靠其耐高溫抗氧化性能，成為重要高溫材料之一，在國(guó)防和工業(yè)生產(chǎn)中，扮演著重要的角色，以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于航空航天，電力，冶金等高溫部件。Ni-Cr-Al高溫合金這樣良好的性能主要依靠Cr和(或)Al來(lái)形成一層Cr2O3和(或)Al2O3保護(hù)性氧化膜，氧化膜生長(zhǎng)緩慢，粘附性較好，對(duì)基體起到良好的保護(hù)作用。用計(jì)算機(jī)建立Ni-Cr-Al合金模型，對(duì)其高溫氧化行為進(jìn)行理論研究，揭示其高溫氧化機(jī)理.對(duì)提高Ni-Cr-

2、Al高溫合金使用溫度，改善其高溫性能及研發(fā)新型Ni-Cr-Al合金等起到積極的促進(jìn)作用。
　　 本論文應(yīng)用基于密度泛函的第一原理方法，通過(guò)MaterialsStudio軟件中的Castep模塊，建立Ni-Cr-Al合金及氧吸附表面模型，從理論角度研究Ni-Cr-Al合金擇優(yōu)氧化及其影響機(jī)理。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：表面無(wú)氧吸附時(shí)，Al、Cr在Ni(111)面不發(fā)生偏聚，而Y卻在表面發(fā)生偏聚。當(dāng)氧吸附于合金表面時(shí)，表面偏聚發(fā)生反轉(zhuǎn)，即Al、

3、Cr也在Ni(111)發(fā)生偏聚。氧吸附促使Al、Cr合金元素在表面處發(fā)生偏聚對(duì)Ni-Cr-Al合金發(fā)生擇優(yōu)氧化起到了決定性的作用。合金元素向表面偏聚強(qiáng)弱的順序?yàn)閅>Cr>Al；氧在Ni基合金表面發(fā)生化學(xué)吸附，Cr、Al、Y存在使吸附變得更穩(wěn)定，尤其是Cr，這可以解釋Ni基合金氧化皮外層一般是Cr2O3，而內(nèi)層是Al2O3的事實(shí)。稀土促進(jìn)Ni-Cr-Al合金選擇性氧化是因?yàn)橄⊥裂趸颵2O3有助于Cr2O3，Al2O3成核；合金元素Al、

4、Cr、Y使Ni合金表面活性增強(qiáng)，有助于表面Al、Cr、Y氧化物形成，產(chǎn)生擇優(yōu)氧化，阻止氧進(jìn)一步向基體內(nèi)部的擴(kuò)散。氧吸附與Al、Cr、Y形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵，與Ni形成較弱的共價(jià)鍵，因此Ni-Cr-Al合金表面容易生成Al2O3或Cr2O3氧化膜。O吸附使Ni、Cr、Y的d電子轉(zhuǎn)移到氧原子上，因此形成的化學(xué)鍵兼有共價(jià)鍵和離子鍵的特性，合金元素Al、Cr、Y使Ni合金表面活性增強(qiáng)，有助于表面Al、Cr、Y氧化物形成，產(chǎn)生擇優(yōu)氧化，阻止氧進(jìn)一步向

5、基體內(nèi)部的擴(kuò)散。氧吸附與Al、Cr、Y形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵，與Ni形成較弱的共價(jià)鍵，因此Ni-Cr-Al合金表面容易生成Al2O3或Cr2O3氧化膜。O吸附使Ni、Cr、Y的d電子轉(zhuǎn)移到氧原子上，因此形成的化學(xué)鍵兼有共價(jià)鍵和離子鍵的特性。
　　 本論文還應(yīng)用基于密度泛函的第一原理方法，通過(guò)Materials Studio軟件中的Castep模塊，建立Ni-Cr-Al合金基體和及Al2O3基體模型，研究了稀土對(duì)Ni-Cr-Al合金高溫