研究鎂合金腐蝕機(jī)制,提高其耐腐蝕性一直是研究熱點(diǎn)之一。本文從熱力學(xué)和動力學(xué)的角度,利用第一性原理計(jì)算,系統(tǒng)的研究了文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的耐腐性鎂鍺合金的電偶腐蝕行為,建立了相關(guān)模型,為耐腐蝕鎂合金的設(shè)計(jì)提供了 一定的指導(dǎo)。鎂鍺合金由鎂基體和Mg2Ge第二相組成�；诒疚奶岢龅娜芙怆娢荒Ｐ秃拖嚓P(guān)界面,功函數(shù)計(jì)算,本文從理論上論證了電偶腐蝕中鎂基體應(yīng)當(dāng)作為陽極溶解,Mg2Ge為陰極析氫。可能溶解在鎂基體中的鍺原子對于鎂基體的功函數(shù)和局部電勢的影響很小,因此它對于鎂基體的陽極溶解行為的影響可以忽略。經(jīng)過計(jì)算,Mg2Ge最穩(wěn)定的表面為(111)面中的一種構(gòu)型。本文分析了該表面上在偏中性和堿性環(huán)境下的析氫過程,計(jì)算了水解能壘,氫原子和羥基吸附能,吸附氫原子擴(kuò)散和結(jié)合成氫氣的能壘等熱力學(xué)和動力參數(shù),給出了 Mg2Ge毒化析氫的理論解釋:析氫反應(yīng)中間態(tài),即氫原子吸附和擴(kuò)散等過程所需要的能量遠(yuǎn)高于Cu,Ni等電極,即能壘很大,阻礙析氫;同時(shí),在沒有過電勢的情況下,羥基的吸附比氫原子的吸附更穩(wěn)定,從而反應(yīng)可能被作為競爭反應(yīng)的羥基吸附所毒化。本文亦為抑制鎂合金的電偶腐蝕提供了一定的設(shè)計(jì)思路:溶解電位模型可以預(yù)測鎂合金中第二相的腐蝕電位,判斷其與鎂基體電偶腐蝕趨勢;功函數(shù)和局部電勢可以用來篩選能抑制鎂基體陽極溶解的溶質(zhì)元素;氫原子,羥基吸附能等參數(shù)可以用來篩選能夠和Mg2Ge類似能毒化陰極反應(yīng)的第二相。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.22
【部分圖文】：

?為了計(jì)算純鎂的表面能與功函數(shù)等表面性質(zhì)，需要用到含有表面的ｓｌａｂ模型，??如圖２－３所示。同樣經(jīng)過收斂性測試，ｓｌａｂ模型中采用９層單原子層，１１層單原??子厚度的真空層（？２８．５?Ａ）。對于摻雜體系，除了?Ｌｉ以外，統(tǒng)一采用３５０?ｅＶ??的截?cái)嗄芰�，對于Ｌｉ摻雜體系，采用６００?ｅＶ的截?cái)嗄芰浚?Ｓｌａｂ收斂的電子步和??離子步的收斂精度分別為０．１?ｍｅＶ和１?ｍｅＶ，布里淵區(qū)的采樣密度與體塊相同＾??為了獲得精確的能量的態(tài)密度（ＤＯＳ），以及平滑的靜電勢分布，對她豫好的結(jié)構(gòu)??進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，靜態(tài)計(jì)算電子步的收斂標(biāo)準(zhǔn)為５ｘｌＣＴ５ｍｅＶ，積分方式為Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ??ｍｅｔｈｏｄ?ｗｉｔｈ?Ｂｌｏｃｈｌ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓ１４７１。??２０?Ａｔｏｍｉｃ?Ｌａｙｅｒｓ??ｈ?Ｈ???＾???［０００１］??圖２－３純鎂ｓｌａｂ表面模型??Ｆｉｇｕｒｅ．２－３?Ｓｌａｂ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｐｕｒｅ?Ｍｇ??純鎂的表面能ｙ的計(jì)算方式為：??ｙ?＝?｛Ｅ｛ｓｌａｂ）?—?（２－１７）??式中￡＂（ｓＺａＺ））?ｓｌａｂ?的能：暑ｓ??ｎ一一ｓｌａｂ模型中含有的鎂原子數(shù)目；??ＫＭｇ）一一鎂原子的化學(xué)勢；??Ａ?表面積。??由于計(jì)算的物質(zhì)為純鎂，所以鎂的化學(xué)勢應(yīng)該等與體塊材料中的鎂等能量４即，??＝?ｉｉｂｕｌｋ｛Ｍｇ）?（２．－１８）??功函數(shù)０的定義為：??中＝中ｖａｃ?＿?Ｅｆｅｒｍｉ?（２－１９）??式中中施：一一庫子層模型（ｓｌａｂ）中的真空能；??Ｅｆｅｒｍｉ?原子辰＿模型（ｓｌａｂ）申的費(fèi)米能級。??為了避免表面態(tài)的納米效應(yīng)造成的費(fèi)米能彎曲

??狀態(tài)，即對應(yīng)圖．２－６（ａ）的右端＞?每個(gè)表面的崔．圖２－６（ａ）＿富鎂狀態(tài)下的表面能和電子??戀合能如表２－３所示合??表２－３?Ｍｇ２Ｇｅ表面的電子親和能和在富鍰狀態(tài)的表面能??Ｔａｂｌｅ．２－３?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ａｆｆｉｎｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｕｎｄｅｒ?Ｍｇ?ｒｉｃｈ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｍｇ２Ｇｅ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??（００１）?（１１１）????????（ｉｉ〇）????????????（００１）Ｍｇ?（ＯＱｌ）Ｇｅ?（ｌｌｌ）Ｍｇ１?（ｌｌｌ）Ｍｇ－?（ｌｌｌ）Ｇｅ??￣電予盡和?＿（ｅＶ）?１４８?４Ｊ０?１２９?２Ｊ８?３＾８?４Ｊ２￣??；ｔ：＿（Ｊ／ｍ２）?１．３５?１．４５?０．７４?０．５６?１．５９?１．６４??２０００?（ａ）?（ｂ）?■?（ｉｎ）??１８００??＾（ｌＵ＾ＣＩｅａｖａｓｅ?ｗａｖ??１?丨?４００?＾＾＾＾１００）Ｇｅａｖａｇｅ??｜?（ｌ〇〇）?Ｍｇ??＾?１２００?ｌ＾ｖａｃＴ＾＾＾??｜?一??…???？?１／２?ａｄｓ??１０００?１／３?ａｄｓ?？扣??滅，……‘〔二：：二…，………??８００?????ｖａｃ??ｉｍ??６００??（１１１）?Ｍｇ１???Ｍｇ?ｐｏｏｒ?Ｍｇ?ｒｉｃｈ??Ｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?Ｏｆ?Ｍｇ??＠）］＾居２〇６（１００）

米能級應(yīng)該相同，否則電荷會轉(zhuǎn)移到無限遠(yuǎn)處費(fèi)米能級相同為止。假如鎂鍺合金??中鎂基體和Ｍｇ２Ｇｅ之間沒有明確的取向關(guān)系時(shí)，根據(jù)２．２節(jié)中鎂（０００１）面的功函??數(shù)和Ｍｇ２Ｇｅ各個(gè)表面的電子親合能，可以繪制兩者的能帶關(guān)系，如圖２－７所示。??對于固定指數(shù)的表面，只考慮能量最低的表面結(jié)構(gòu)。??ｆ?ｆＴ］?Ｖａｃｕｕｍ?Ｌｅｖｅｌ??Ｘ?＼?（１１１）??少購）?ｖ?????■????（１００）??Ｍｇ?Ｍｇ２Ｇｅ??圖２－７不計(jì)界面相互作用下的Ｍｇ和Ｍｇ２Ｇｅ能帶關(guān)系??Ｆｉｇｕｒｅ．２－７?Ｂａｎｄ?ａｌｉｇｎｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｍｇ－Ｍｇ２Ｇｅ?ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ??觀察圖２－７可以發(fā)現(xiàn)，由于在２．３節(jié)中提到的Ｍｇ２Ｇｅ功函數(shù)的各相異性，在??不考慮界面作用下的界面電子轉(zhuǎn)移根據(jù)界面的不同也存在著很大的差異。若按照??難度排序＊應(yīng)當(dāng)有（ｌｌｌ）（１．０８ｅＶ）＞（１１０）（０．３７ｅＶ）＞（１００）（０．１８ｅＶ）。這說明電子在轉(zhuǎn)移??過程中可能也有擇優(yōu)界面，即傾詢于從某些界面轉(zhuǎn)移。Ｓｃｈｏｔｔｋｙ?Ｂ
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張新;張奎;;鎂合金腐蝕行為及機(jī)理研究進(jìn)展[J];腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù);2015年01期

本文編號：2890078