合金元素(Cr、Ni、Mn、Cu)增强T91钢耐蚀性机理的第一性原理计算研究

摘要

为解决核反应堆结构材料T91钢在铅铋合金液中耐腐蚀性低的问题，采用热力学模拟和第一性原理计算相结合的方法，在原子尺度上探究了合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢的耐腐蚀性能的机理。通过热力学模拟计算研究，确定了T91钢室温下的主要相成分为马氏体结构，搭建了4种第一性原理计算模型马氏体-铬模型、马氏体-镍模型、马氏体-锰模型以及马氏体-铜模型，并计算比较了电子结构以及电荷密度分布，发现合金元素与Fe原子之间形成金属键。通过差分电荷研究分析，发现Cr与Fe原子之间的金属键具有较强的共价键特性且结合最强，Ni与Fe原子之间的金属键也具有一定的共价键特性，但其结合弱于Cr、Cu和Mn原子次之。同时，计算了4种模型中合金元素与基底之间的结合能，发现马氏体-铬模型不仅能量最低，而且Cr与基底的结合很高，说明Cr原子能够提高T91钢的耐腐蚀性能。该研究可为合金元素Cr、Ni、Mn、Cu增强T91钢耐铅铋合金液腐蚀性能提供参考，同时也为新材料的开发以及性能预测提供一种新的研究方法。

关键词

T91钢 / 耐腐蚀性能 / 第一性原理计算 / 合金元素

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52075417)