第31卷第11期 2014年11月
吉林化工学院学报
JOURNAL OF JILIN INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY
文章编号：1007-2853(2014)11-0094-04
稀土元素对Ni-Cr-AI合金高温氧化
影响机理的研究
梁婷
（吉林化工学院理学院，吉林吉林132022）
Vol. 31 No. 11 Nov.2014
摘要：采用第一性原理质势平面波方法，通过MaterialsStudio软件中的Castep模块，建立Al,O，晶胞，稀土元索Y的加人有助于控制Al,O,或Cr,O，的生长速度，减少氧化薄膜和基体间形成空洞，从而提高氧化薄膜的粘附性.稀土元素La的加人与S形成化合物，消除S对基体产生的不良反应，改善了氧化薄膜的粘附性、
关键词：密度泛函理论；第一性原理：偏聚；空位形成能；密集数
中图分类号：TG14
文献标志码：A
Ni-Cr-Al高温合金是在80Ni-20Cr合金的基础上加人AI元素发展起来的(1)，由于该合金优良的耐高温氧化和腐蚀性能而被广泛的地应用于热防护涂层[3-3]，也是因为Ni-Cr-Al高温合金具备耐高温抗氧化性能，成为重要的高温材料之一，在国防和工业生产中，扮演若重要角色，其抗高温氧化性能主要取决于在合金表面能够形成良好的 AlO，和Cr0，氧化薄膜进一步阻止氧气对基体的氧化作用，合金才有可能获得保护，否则内氧化的生成将导致合金高温氧化加速、基体性能恶化[4].虽然能够形成氧化薄膜，但是氧化薄膜与基体的粘附性不是很好，导致合金在整个氧化过程中表面薄膜脱落，就其原因早期就有人注意到合金中的杂质S会在Ni基合金表面发生偏聚[5]，且氧化薄膜的粘附性于杂质元素S偏聚有关[]， Ni-Cr-Al合金在真空炉中进行高温退火处理时，发现当杂质元素S的含量为50×10-的合金，表面的S的含量可以达到20at%，从而引起氧化薄膜的严重剥落(7)，而在Ni-Cr-AI合金内添加微量的稀土元素可以显著的改善合金的抗高温氧化性能(89)
稀土元素是活性元素的一种，如果在合金内添
加微量活性元系，可以显著改善合金的抗高温氧化性能[10-13]例如，降低合金的氧化速率，提高氧化膜的抗剥落性能，活性元素包括：稀土、T、Zr、Hf，它
们所起的作用被称为活性元素效应（Reactive ElementEffect，简称REE），REE最早是由L.B Pfeil于1937年在一项专利中提出的[14],
添加稀土元素的合金主要优良性能表现在抗高温、抗氧化、抗腐蚀等方面，因此被广泛的应用于高温合金及工业元件表面的涂层等方面，但是至今稀土元素添加的作用机理尚未研究清楚[15]，稀土产生的作用包括促进Al,O，和Cr,O，薄膜的选择性氧化：降低Al,O，或Cr,O，的生长速度；改善Al,O，或Cr,O，膜的抗剥落性能等.目前对稀土在高温合金应用的基础研究相对滞后，稀土提高高温合金抗氧化性机理还远没有揭示.Ni-Cr-Al合金作为高温合金的模型合金，应用第一原理方法主要研究稀土Y和La对降低Al,O，薄膜的生长速度的影响，对改善Al,O，薄膜的抗剥落性机理具有重要意义
计算模型与方法
计算采用CASTEP软件包完成.CASTEP是
基于密度泛函理论的第一原理势平面波方法交换关联势采用产义梯度近似（CGA）的PBE形式.采用超软腾势来描述离子实与价电子之间的相互作用.在计算时平面波展开的截断点取300eV， k点网格数设置为（5×5x2），结构模型采用
收稿日期：2014-09-19
作者简介：梁婷（1984-），男，吉林省吉林市人，吉林化工学院助教，硕士，主要从事材料计算方面的研究
万方数据