B对Mo等元素在奥氏体钢/Cr2O3界面占位倾向影响的理论研究

作者：闫新; 董楠; 张翊; 韩培德^*

来源：原子与分子物理学报, 2022, 39(04): 171-178.

DOI：10.19855/j.1000-0364.2022.046009

• Fe/Cr2O3
• 第一性原理
• 界面
• 偏析

超级奥氏体不锈钢中因含有更高铬、钼含量,具有极高的耐点蚀、晶间腐蚀性能,这与Mo等合金元素对钝化膜结构的影响密切相关,尤其含硼超奥钢钝化层表面Cr、Mo含量明显增加,但其原子层次的微观作用机制尚不清楚.本文采用第一性原理方法,研究了置换原子(Mo、Mn、Ni、Si),及间隙原子B在fcc-Fe/Cr2O3界面占位倾向,并分析了可稳定存在于界面B对这些元素偏析倾向的影响.结果表明:Mo、Mn、Ni、Si、B均可与fcc-Fe/Cr2O3界面结构体系形成稳定结构;Mo、Ni倾向分布于界面基体侧,Mo有向氧化层扩散的趋势,B处于fcc-Fe/Cr2O3界面基体侧更稳定,Mn、Si易分布于氧化层中;存在于界面B对四种元素在fcc-Fe/Cr2O3界面体系中的占位影响不同,有利于Mn、Mo偏析于界面基体侧,但抑制Mo向界面基体侧的偏析程度,使得Si、Ni更均匀的分布于基体. Mo等合金元素分布于界面时的态密度来看,界面处Mo与氧原子间形成较强的相互作用,Mo等原子可向O转移更多的电子,形成的MoO键表现出更强的互作用,提高了界面处原子间的结合力和稳定性;Mo+B、Mn+B、Ni+B、Si+B与fcc-Fe/Cr2O3界面复合体系,费米能级处的能量分别为42.34 states/eV、44.65 states/eV、43.99 states/eV、42.30 states/eV,Mo、Mn、Ni、Si对费米能级处的贡献大于B的贡献,分别由Mo的4d轨道电子、Mn的3d轨道电子、Ni的3d轨道电子和Si的3p轨道电子作出的贡献.

• 单位
  太原理工大学