不锈钢表面Al/Cu涂层制备与第一性原理计算

摘要

为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理，在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物，随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、熵、吉布斯自由能和热容等数据。将热力学和扩散动力学相结合，提出有效生成自由能模型来预测化合物在Al/Cu界面的生成顺序。结果表明：Al/Cu涂层中首先形成Al₂Cu相，在Al/Cu界面处出现了AlCu相，加热时间增加至20 h后出现了富Cu的Al₄Cu₉相。由第一性原理计算得出，Al-Cu金属间化合物的形成顺序为Al₂Cu→AlCu→Al₄Cu₉,与实验结果一致。此外，氧化实验结果表明，涂层具有良好高温抗氧化性能。

关键词

Al/Cu涂层 / 304不锈钢 / 电弧喷涂 / 等离子喷涂 / 第一性原理计算 / 金属间化合物 / 抗高温氧化 / 热处理

基金资助

辽宁省自然科学基金项目(2019-MS-247); 辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1807178)