合金元素对Cr 2 N及γ-Fe/Cr 2 N界面结构稳定性和电子特性的研究

发布时间：2024-02-22 05:12

　　高氮不锈钢具有更加优良的抗腐蚀性能及机械性能,因而被广泛应用。然而,高温条件下(特别是700°C?1000°C)高氮不锈钢晶界处会析出Cr2N,构成了?-Fe/Cr2N相界面。目前,大量实验研究显示Cr2N析出过程复杂。高氮不锈钢中合金元素容易随Cr2N析出形成复合氮化物析出相或者沿?-Fe/Cr2N相界面处偏聚,对高氮不锈钢的力学性能与电化学性能均产生明显的影响。但是,至今为止关于合金元素对析出相及相界面在原子层次上的结构稳定性及电子特性的研究仍十分匮乏。鉴于大量已开展的实验研究,本论文将采用第一性原理研究方法,从原子层次揭示合金元素对析出相及相界面的结构稳定性及电子特性的影响。首先,我们研究了过渡金属W、Mo、Nb、Fe和Ni掺杂到析出相Cr2N中形成Cr23MN12复合氮化物的结构稳定性。计算结果表明Cr23MN12(M=Cr,W,Mo,Nb,Fe,Ni)呈热力学稳定性,其中Nb是最容易掺杂于Cr2N中强化合金能力。W和Mo掺杂到Cr2N形成更稳定的Cr23WN12和Cr23MoN12化合物,Fe与Ni掺杂到Cr2N中形成的Cr23FeN12和Cr23NiN12稳定性降低。其次,...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 高氮不锈钢合金耐点蚀性能的研究
        1.2.1 高氮不锈钢常见的析出相
        1.2.2 高氮不锈钢常见合金的成分
        1.2.3 合金元素的偏聚现象
        1.2.4 高氮不锈钢合金点蚀研究现状
    1.3 第一性原理在析出相及界面的应用概况
    1.4 本文研究的目的和意义
    1.5 本文主要研究内容
    1.6 本文研究方案
    参考文献
第二章 密度泛函理论及理论模型的计算
    2.1 第一性原理思想的概述
    2.2 密度泛函理论
    2.3 Thomas-Fermi理论与Kohn-Sham方程
        2.3.1 Thomas-Fermi理论
        2.3.2 Kohn-Sham方程：有效单电子近似
    2.4 交换-关联泛函
    2.5 CASTEP简介
    2.6 理论模型的计算
    参考文献
第三章 Cr₂₃MN₁₂复合氮化物结构稳定性及电子特性
    3.1 引言
    3.2 Cr₂N结构模型及优化
        3.2.1 计算模型及方法
        3.2.2 Cr₂N晶体结构优化
    3.3 Cr₂₃MN₁₂复合氮化物结构稳定性
        3.3.1 Cr₂₃MN₁₂结构参数
        3.3.2 Cr₂₃MN₁₂形成能力分析
        3.3.3 Cr₂₃MN₁₂结合能力分析
    3.4 Cr₂₃MN₁₂复合氮化物电子特性分析
        3.4.1 Cr₂₃MN₁₂态密度
        3.4.2 Cr₂₃MN₁₂电荷密度
    3.5 小结
    参考文献
第四章 Fe/Cr₂N界面结构稳定性及结合能力的研究
    4.1 引言
    4.2 Fe和Cr₂N表面结构及稳定性
        4.2.1 计算模型及方法
        4.2.3 Cr₂N(0001)表面结构及稳定性
    4.3 Fe(111)/Cr₂N(0001)界面结构稳定性与结合能力
        4.3.1 Fe(111)/Cr₂N(0001)界面结构稳定性
        4.3.2 Fe(111)/Cr₂N(0001)界面结合能力
    4.4 小结
    参考文献
第五章 合金元素对Fe/Cr₂N界面结构稳定性及电化学性能的影响
    5.1 引言
    5.2 计算模型与方法
    5.3 合金元素M对Fe/Cr₂N界面结构稳定性的影响
        5.3.1 M (M = Mn,V,Ti,Mo,Ni)在Fe(111)/Cr₂N(0001)界面的偏聚行为
        5.3.2 M (M = Mn,V,Ti,Mo,Ni)对Fe(111)/Cr₂N(0001)界面结合能力的影响
        5.3.3 M (M = Mn,V,Ti,Mo,Ni)对Fe(111)/Cr₂N(0001)界面电子特性的影响
    5.4 合金元素M对Fe/Cr₂N界面电化学性能的影响
        5.4.1 Cr₂N(0001)及γ-Fe (111)的功函数研究
        5.4.2 合金化元素M (M = Mn, V, Ti, Mo, Ni)在γ-Fe(111)的功函数分析
    5.5 Ni对Cr分布γ-Fe/Cr₂N界面的影响
        5.5.1 Cr分布γ-Fe/Cr₂N界面的研究
        5.5.2 Ni对Cr分布γ-Fe/Cr₂N界面的研究
    5.6 小结
    参考文献
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
攻读硕士期间的成果



本文编号：3906445