基于二步形核理论的Fe-O-Si熔体中硅氧反应机理

发布时间：2022-08-12 21:06

　　在Fe-O-Si熔体中,硅脱氧生成的二氧化硅夹杂物严重影响钢的性能,降低了钢的塑性,韧性和疲劳寿命,对钢的强度,延伸性,韧性,切削性,抗腐蚀性能,表面光洁度以及焊接性能等各方面的性能有着直接的影响。在Kyoko WASAI的文章中,观察到了熔体中硅氧反应形成无定型氧化硅固体产物。而在铁液中,用Si-Fe,Mn-Fe,Al-Fe等进行复合脱氧时,硅氧反应的产物在成为炉渣或硅酸盐夹杂的组元之前,也就是Si氧化进入到渣中之前,应该仍是固体二氧化硅。这里针对钢液中[Si]+2[O]=SiO₂（s）的反应来研究硅氧反应机理。首先,采用基于第一性原理的DMol3软件包计算了Fe-O-Si熔体中硅氧反应可能形成的各种氧化硅团簇亚稳相以及低温石英、高温石英、高温方石英晶体的结构和热力学性质。（SiO₂）n优化结果表明:（1）（SiO₂）n存在n=1~15,20,25等17种稳定结构的团簇;（2）（SiO₂）n的Cp、H和S随T升高而增大;（3）Gv随T升高而减小,在400-700K范围内两两相交,说明团簇的稳定性再... 

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中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究过程中计算理论依据
        1.1.1 绝热近似
        1.1.2 单电子近似
        1.1.3 密度泛函理论
    1.2 钢中的非金属夹杂物
        1.2.1 钢中的非金属夹杂物
        1.2.2 钢中非金属夹杂物的分类及性质
    1.3 洁净钢的研究及其现状
        1.3.1 洁净钢的概念及发展
        1.3.2 洁净钢中夹杂物改性技术
        1.3.3 钢铁中纳米粒子作用
        1.3.4 纳米技术
    1.4 模拟软件（MS）的介绍
    1.5 本课题的研究内容、目的及意义
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究目的
        1.5.3 研究内容
2 第一性原理热力学计算原理及应用
    2.1 引言
    2.2 第一性原理计算—DMol~3热力学计算原理
    2.3 小结
3 二氧化硅团簇及晶体的第一性原理计算
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 (SiO_2)n的结构
    3.4 (SiO_2)n的性质
    3.5 SiO_2 (s)的结构和性质
    3.6 小结
4 熔体中硅氧反应的二步热力学及形核机制
    4.1 经典形核理论与二步形核机理
        4.1.1 经典形核理论
        4.1.2 二步形核机理
    4.2 基于二步形核理论的硅氧反应Gibbs自由能变化计算
        4.2.1 Fe - O – Si熔体中硅氧反应步骤
        4.2.2 (SiO_2)n生成及进一步转化为晶体的Gibbs自由能变化
    4.3 Fe-O-Si熔体中无定型氧化硅形成机理
    4.4 实验
        4.4.1 实验设备
        4.4.2 样品制备
        4.4.3 实验结果及分析
    4.5 小结
5 结论
参考文献
致谢
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本文编号：3676597