第一性原理研究Nb、Sn、Cu、Fe和Cr对Zr（0001）晶面抗疖状腐蚀性能的影响

作者：高慧; 杨在发; 赵敬芬; 袁慧敏; 刘志娥; 赵显

来源：计算物理, 2021, 1-7.

• 锆合金
• 疖状腐蚀
• 合金元素
• 密度泛函理论

系统研究合金元素在晶面抗疖状腐蚀中的作用，有利于优化锆合金元素成分。本文采用密度泛函理论研究了Nb、Sn、Cu、Fe和Cr这五种合金元素对氧在Zr（0001）晶面吸附能的影响，发现Nb、Sn和Cu会促进氧在Zr（0001）晶面吸附，Fe和Cr对氧吸附的影响因吸附的位置不同而存在差异。文章还研究了五种合金元素对氧化后Zr（0001）晶面化学键的破坏情况，发现Nb对Zr（0001）晶面破坏程度最小而且可以迅速复原，Sn可以使（0001）晶面相邻的两个化学键都变长，对晶面的破坏性大。文章最后讨论了五种合金元素在Zr（0001）晶面的偏聚能，发现Sn、Fe和Cr偏聚能为负值，说明他们容易偏聚到Zr（0001）晶面，而Nb和Cu偏聚能为正值，不易在Zr（0001）晶面偏聚。综合以上分析，Nb可以促进氧在Zr（0001）晶面的吸附行为，氧化后（0001）晶面可以快速复原，从而阻碍其他氧原子进入，抑制疖状腐蚀的发生。Sn容易偏聚到Zr（0001）晶面，可以促进氧在Zr（0001）晶面吸附，氧化后会造成Zr（0001）晶面较大的破坏，促进氧进入Zr（0001）晶面，促进疖状腐蚀的发生。

• 单位
  齐鲁师范学院; 山东大学; 晶体材料国家重点实验室; 电子工程学院