計算機を利用した耐熱合金の高温耐食性予測

利用计算机预测耐热合金的高温耐腐蚀性能

基本信息

批准号：
13750664
负责人：
佐藤芳幸
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750664/
关键词：
高温酸化 Ni-Al 電子状態 Pt Co Cu 分子軌道法 DV-Xα 4族元素電子状態計算合金設計化学結合

项目摘要

DV-Xα分子軌道計算プログラムにより,Ni-20at%Al-5at%X (X : Pt, Co, Cu)合金について電子状態計算を行った。平成13年度に計算を行った系は,Xとして,Ti, Zr, Hfを選択したが,これらは,ベースとなるNi_3Al格子中のAlの原子位置にXが置換するタイプの合金であった。本年度Xとして選択した第三元素は,Ni位置に置換するタイプの合金である。計算結果から得られたのは,電子密度図,エネルギー準位図,有効共有結合電荷,等である。電子密度図より,Ni-Al-CuおよびNi-Al-Co合金に比べてNi-Al-Pt合金では,添加元素Ptの周りの電子の広がりが大きく,共有結合性が強く,イオン結合性が弱いことがわかった。また,電子の状態密度の計算から,Ni-Al-Pt合金では,フェルミレベル付近のエネルギー準位を持つ電子の状態密度の広がりが大きく,価電子帯の電子状態密度が相対的に小さくなっていた。これは,共有結合性が強く,イオン結合性が小さかったことに対応する。さらに,価電子帯の電子遷移密度の計算結果は,Ni-Al-Pt合金で多の合金よりも大きい広がりを見せた。これら3種の合金を実際にアーク溶解炉で作成し,XPSにより価電子帯の電子遷移スペクトルを測定した結果,計算による電子遷移密度図と良い一致をみた。しかし,計算で現れるフェルミ準位以下のエネルギー領域での周期的なスペクトルは再現されなかった。これは測定限界を超えているためと考えた。以上により,Ni-Al-Pt合金がもっとも高い高温耐食性を示すことが予想された。平成13年度の結果も考え合わせると,共有結合性の強い第三元素をNi-Al合金に添加することで,高温耐食性に優れる合金を設計できる可能性が示された。

使用DV-Xα分子轨道计算程序对NI-20AT％al-5AT％x（x：pt，co，cu）合金进行电子状态计算。 2001年计算的系统为X，这些系统是X的合金，其中X在基本Ni_3al晶格中被Al的原子位置代替。今年X选择的第三个元素是代替NI位置的类型的合金。从计算中获得的结果是电子密度图，能级图，有效的共价电荷等。电子密度图表明，添加元素周围电子的扩散较大，而价值键合较大，并且共价键很强，并且在Ni-i-Al-Al-Cu和Ni-Al-CO和Ni-Al-CO Elloys中，离子键较弱。此外，从电子状态密度的计算，在Ni-al-PT合金中，能量水平接近费米水平的电子状态的密度很大，并且价带的状态密度相对较小。这对应于以下事实：共价键很强，并且离子粘结较低。此外，价带的电子过渡密度的计算结果显示，在NI-AL-PT合金中的扩散比许多合金中的扩散更大。这三种类型的合金实际上是在电弧熔炉中制成的，并使用XPS测量了价带的电子过渡光谱，结果与计算出的电子过渡密度图显示了很好的一致性。但是，未重现在计算中出现的费米水平以下能量区域的周期光谱。我认为这是因为它超出了测量限。结果，可以预测Ni-Al-PT合金表现出最高的高温腐蚀性。考虑到2001年的结果，可以表明，通过在Ni-Al合金中添加具有强共价键的第三个元素，可以设计具有出色高温耐药性的合金。