高氮奥氏体不锈钢中N与Cr、Mn、Mo键合性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对高氮奥氏体不锈钢中N与Cr、Mn、Mo键合性质进行研究。建立Fe-N-Cr、Fe-N-Mn及Fe-N-Mo晶胞,并对其电子结构进行计算,通过计算其晶胞总能量、体积変化率、电子态密度、重叠聚居数和电荷密度等电子结构参数,分析高氮奥氏体不锈钢中N与合金元素Cr、Mn、Mo的键合性质。结果表明:Cr、Mn、Mo取代顶角位置Fe原子时结构最稳定;N与Cr、Mn、Mo原子间存在离子键,成键轨道主要是N 2p与Cr、Mn、Mo的3d轨道;Fe、N与Cr、Mn、Mo原子存在交互排斥作用,形成反键。

CaCO_3在Fe(100)表面成垢机制的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了CaCO_3在α-Fe表面的成垢机制,并通过对难溶的文石型及方解石型CaCO_3在Fe(100)表面的吸附模型进行模拟计算,获得了它们的能量、电荷密度、能带结构及态密度等几何结构和电子特性。研究结果表明:文石型CaCO_3(文石)先于方解石型CaCO_3(方解石)吸附于α-Fe表面桥位,而后文石会释放部分能量而转变为斜六面体形态的方解石;碳酸钙在铁表面的附着实际是碳酸根中电负性较大的O原子与Fe原子之间发生电荷转移,O 2p轨道电子与Fe 3d轨道电子之间形成了共价键,因此发生了稳定的化学吸附。

Fe-N-Cr电子结构及耐蚀性第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对Fe-N-Cr电子结构和腐蚀机理进行了研究。建立Fe、Cr、Fe-N、Fe-N-Cr晶胞模型并计算其能量、电荷密度、能带结构、态密度、局域态密度等电子结构参数,进而分析高氮不锈钢的耐蚀机理。结果表明,氮固溶后,Fe与N之间存在明显的电荷转移,构成了二者之间的离子键;Fe-N-Cr的能带宽度小于其他两种固溶体,原子轨道扩展性较弱;Fe、Fe-N、Fe-N-Cr的态密度成键峰高度依次增大,成键电子数增加,Fe-N-Cr结构的耐蚀性能最好。

316LN在含Cl^-、NO_3^-环境中的腐蚀规律研究

通过极化曲线、阻抗谱及循环极化曲线等电化学测试方法研究不同酸性介质中Cl^-与NO_3^-对316LN腐蚀规律的影响。结果表明,随着Cl^-的减少和NO_3^-的增加,316LN的钝化区间变宽,维钝电流减小,腐蚀速率降低,膜层间电荷传递电阻增大,腐蚀阻力增加,耐蚀性增强。Cl^-破坏钝化膜,NO_3^-促进钝化膜的形成和修复,并对两种离子的作用机理进行了解释。

氯离子对316LN在CO_2饱和水溶液中电化学行为的影响

通过极化曲线、阻抗谱等电化学测试方法,研究了316LN在含氯离子的CO2饱和水溶液中的电化学行为,并分析了不同因素对其耐蚀性的影响。结果表明,在通入CO2的NaCl溶液中,与316L相比,316LN的钝化区间更宽,维钝电流更小。在CO2饱和水溶液中,316LN的维钝电流随着氯离子的增大而增大,耐蚀性降低,当氯离子浓度增大到一定程度时,316LN的耐蚀性增强。

高氮钢在含Na_2S饱和CO_2溶液中的腐蚀电化学行为

通过电化学测试方法,对高氮钢在含Na_2S饱和CO_2溶液中的腐蚀电化学行为进行研究,得到高氮钢的钝化稳定性和腐蚀规律。在含Na_2S的饱和CO_2腐蚀介质中,Cr13的钝化膜表面载流子密度最大,钝化稳定性最差,耐蚀性最差,316L钢较好,高氮钢最优。随着Na_2S浓度的增大,高氮钢的点蚀电位下降,钝化区间变窄,维钝电流变大,钝化膜层的电荷传递电阻降低,高氮钢钝化稳定性能变差,耐蚀性变差。随着温度的升高,高氮钢的自腐蚀电位和点蚀电位均下降,维钝电流增大,钝化膜表面的载流子浓度也增大,且其电荷传递电阻和膜层电阻也降低,钝化稳定性下降。

含Cl^-环境下温度及pH值对316LN耐蚀性能的影响

利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱,研究316LN在不同温度以及不同pH值的NaCl溶液中的电化学行为。结果表明:随着温度的升高,钝化区间逐渐缩小,腐蚀电流密度增大,316LN的腐蚀越容易,温度对316LN有腐蚀促进作用;随着pH值的增大,钝化区间不断增大,腐蚀电流密度减小,钝化稳定性越来越好。

固溶处理对316LN耐晶间腐蚀性能的影响

在1 000、1 050、1 100℃下对试样进行固溶处理,再在650℃下进行敏化处理,利用EPR法确定热处理工艺对晶间腐蚀的影响。结果表明:当保温时间较短时,随着固溶温度的升高,再活化率R值和电量比Qr/Qa减小;当保温时间过长时,R值和电量比Qr/Qa增大。草酸浸蚀实验的结论与EPR实验相一致。在1 050℃下保温20min能够得到较好的耐晶间腐蚀性能。