合金原子对L1型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀影响的第一性原理研究

作     者：张庆洲 范大伟 刘凌虹 

作者机构：中南林业科技大学理学院 中南林业科技大学材料表面与界面科学与技术湖南省重点实验室 

出 版 物：《计算物理》 (Chinese Journal of Computational Physics)

年 卷 期：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：湖南省自然科学基金(2019JJ40544) 湖南省教育厅优秀青年项目(19B587) 

主　　题：电偶腐蚀 铝合金 L1 析出相 合金原子 第一性原理计算 

摘      要：铝合金表面电偶腐蚀主要取决于表面第二相粒子和基体的本征电位差，电位差越大，腐蚀驱动力越强。本文在Al-Zr二元合金的基础上，利用第一性原理计算方法，全面计算了19种L12-AlxZryXz(X=Pd，Pt，Au，K，Rb，Sr，Ba，Ca，Yb，La，Ce，Y，Er，Sc，Zr，Ti，Cd，Hf，In)三元析出相的(100)、(110)和(111)3种晶面作为表面时的功函数，并分析了其与掺杂原子电负性之间的关系，从电子层面阐明了掺杂原子对L12型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀性能影响的根本原因。通过计算发现不同掺杂晶面暴露为表面时，由于功函数各异，与基体的本征电位差也各不相同。Hg， Cd， Zr， Ti，Hf等掺杂原子能增加析出相(100)表面的功函数，Hg， Cd， In， Ti， Hf等原子能增加析出相(110)面的功函数，而Pd， Pt， Au， In， Sc， Rb， Sr， Yb， Y， Er， K， Ba， La， Ce和Ca原子能降低(111)面的功函数，这些均导致析出相与铝基体的本征电位差进一步减小。此外，结果揭示了掺杂原子电负性与其化合物功函数之间的线性正相关规律。相较而言，电负性与Al接近且替代Al的In，Cd和Hg原子，以及电负性与Zr接近且替代Zr的Ti和Hf原子对析出相功函数影响较小，且其化合物与铝基体的电势差较小，对提升材料抗腐蚀能力有益，其他掺杂原子则对析出相功函数有较大影响。研究解释了部分耐蚀性实验结果，对优化合金成分设计、提升铝合金材料耐腐蚀性提供了理论参考。