钢中元素对铈在α-Fe中固溶影响的第一性原理研究

摘要：

基于密度泛函理论采用第一性原理计算方法从几何结构、电子结构及Bader电荷等角度揭示了 Ce原子在α-Fe中的占位以及钢中20种常见元素M(M=Ti,V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,Nb,Mo,W,Al,Si,Mg,C,N,O,S,P,B,H)对Ce固溶的影响机制.结果表明,在Fe-Ce体系中,Ce原子失去电子,致使Ce原子半径减小,产生极化效应,有利于Ce在Fe中的固溶;Cu,Mg,C,S,B,H的掺杂不利于Ce在Fe中的固溶,Cr,Mn,Ni对Ce的固溶影响较小,Si,P,Al,Ti,O,V,Co,W,Mo,Nb,N对Ce的固溶起到促进作用,且Si的促进作用最强;O,S,N与Ce之间的相互吸引力较强,而Mg,C,B与Ce相互排斥.几何结构分析显示,Ti,Si是通过与Fe相互作用,使得晶胞整体稳定性得到增强;而N与Ce形成共价键,将Ce"抓住".从而促进Ce的固溶.差分电荷密度的结果表明,在Fe-Ce-Ti,Fe-Ce-Si掺杂体系中,Ti,Si,Ce均失去电子,Ti,Si与Ce之间不能形成较强的相互作用;在Fe-Ce-N掺杂体系中,N得到电子,Ce失去电子,N与Ce之间存在强烈的相互作用.Fe-Ce-M体系稳定性受第三组元M与Ce相互作用的影响,其作用越强,体系的稳定性越强.

关键词：第一性原理计算、钢、稀土、占位、固溶机制

所属期刊栏目：41

分类号：TF76(炼钢)

资助基金：国家自然科学基金;中国博士后科学基金;内蒙古自治区高校基本科研业务费;中央引导地方科技发展项目

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：782-793