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文檔簡(jiǎn)介
1、耐熱鋼中的合金元素主要有Fe、Cr、Ni、Al、Si、Mo、Mn、Nb、Ti、V等,鐵素體形成元素Cr在耐熱鋼中,主要通過(guò)表面形成的氧化物Cr2O3為主的保護(hù)膜(被稱為鈍化膜),來(lái)保護(hù)鋼基體不被進(jìn)一步氧化腐蝕。眾多學(xué)者通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)手段對(duì)耐熱鋼表面氧化膜成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)特點(diǎn)以及制備進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)耐熱鋼表面鈍化膜是一層含Cr的復(fù)合型的氧化物成分,并且呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性的特點(diǎn)?;贑r2O3的特點(diǎn)和廣泛的應(yīng)用范圍,在一些理論研究中,也對(duì)C
2、r2O3的結(jié)構(gòu)和缺陷等方面進(jìn)行了深入的研究。但是,在對(duì)復(fù)合鉻氧化物的研究上,已有的一些研究,主要集中在單一合金化原子固溶到α-Cr2O3中,對(duì)體系的磁性、奈耳溫度、能帶理論等功能性特性方面的研究。而圍繞α-Cr2O3作為耐熱鋼表面氧化膜抗氧化或者耐蝕性方面的理論研究卻非常少。由于使用環(huán)境的復(fù)雜性,耐熱鋼的種類很多,同時(shí)為滿足耐熱鋼不同的使用性能,需要向鋼基體中填加各種不同含量的合金元素,如:Fe,Mo,Nb,Ni,Mn,Al和Si,然而
3、這些合金化元素在原子層次所起作用和影響機(jī)制尚不完全清楚,基于此本課題針對(duì)耐熱鋼中各類合金化元素固溶于α-Cr2O3所形成復(fù)合氧化物為對(duì)象開展研究。具體研究復(fù)合氧化物形成能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,元素含量與α-Cr2O3復(fù)合化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及電子特性的關(guān)聯(lián)性,同時(shí)探討合金化元素與α-Cr2O3復(fù)合化合物的電子特性。
本文通過(guò)第一性原理的方法,研究了七種常見的合金元素(Fe、Mo、Nb、Ni、Mn、Al、Si)對(duì)α-Cr2O3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和
4、電子特性的影響,并在此項(xiàng)研究結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了合金元素Mo、Al的含量對(duì)α-Cr2O3中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子特性的影響。研究結(jié)果表明 Mo、Nb、Mn、Al固溶于α-Cr2O3中,形成的復(fù)合氧化物具有比α-Cr2O3更高的穩(wěn)定性。在200-1000K范圍內(nèi),隨溫度的增加,F(xiàn)e、Mo、Nb、Ni、Mn、Al、Si形成的復(fù)合氧化物的吉布斯自由能均低于α-Cr2O3,即這七種復(fù)合氧化物在高溫時(shí)的穩(wěn)定性高于α-Cr2O3,尤其是Ni和Si
5、形成的復(fù)合物,高溫時(shí)更為穩(wěn)定。在含量影響的研究中發(fā)現(xiàn),Mo、Al含量分別為0.25,0.5,1時(shí),含量為0.5的α-Cr1.5Mo0.5O3和α-Cr1.5Al0.5O3最易形成,且穩(wěn)定性最佳。吉布斯自由能上分析來(lái)看,在200-1000K范圍內(nèi),盡管含量為0.5的α-Cr1.5Mo0.5O3和α-Cr1.5Al0.5O3在0K時(shí)最為穩(wěn)定,但隨溫度的增加至1000K時(shí),α-Cr1.75Mo0.25O3和α-Cr1.75Mo0.25O3更為
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