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）合金进行电子结构计算。在2001年进行计算的体系中，选择Ti、Zr和Hf作为X，这些合金是其中X取代基础Ni_3Al晶格中的Al原子位置的合金。今年被选为X的第三种元素是一种取代Ni位置的合金。得到的计算结果包括电子密度图、能级图、有效共价键电荷等。从电子密度图来看，与Ni-Al-Cu和Ni-Al-Co合金相比，Ni-Al-Pt合金中，电子在添加元素Pt周围的扩散更大，共价键作用更强，离子事实证明，粘合力很弱。另外，电子态密度的计算表明，Ni-Al-Pt合金中，费米能级附近能级的电子态密度分布较大，价带内的电子态密度Ta 相对较小。这对应于强共价键和小离子键。此外，价带电子跃迁密度的计算结果表明，Ni-Al-Pt合金比其他合金具有更大的分布。这三种合金在电弧熔炼炉中实际制备，并使用XPS测量了价带中的电子跃迁谱，结果与计算的电子跃迁密度图吻合良好。然而，计算中出现的费米能级以下能量区域的周期谱无法再现。人们认为这是因为超出了测量极限。综上所述，预测Ni-Al-Pt合金将表现出最高的高温耐腐蚀性能。考虑到2001年的结果，表明通过在Ni-Al合金中添加具有强共价键特性的第三种元素，可以设计出具有优异高温耐腐蚀性的合金。