耐热钢中的合金元素主要有Fe、Cr、Ni、Al、Si、Mo、Mn、Nb、Ti、V等,铁素体形成元素Cr在耐热钢中,主要通过表面形成的氧化物Cr₂O₃为主的保护膜（被称为钝化膜）,来保护钢基体不被进一步氧化腐蚀。众多学者通过各种实验手段对耐热钢表面氧化膜成分、结构、性质特点以及制备进行了深入研究,发现耐热钢表面钝化膜是一层含Cr的复合型的氧化物成分,并且呈现出半导体特性的特点。基于Cr₂O₃的特点和广泛的应用范围,在一些理论研究中,也对Cr₂O₃的结构和缺陷等方面进行了深入的研究。但是,在对复合铬氧化物的研究上,已有的一些研究,主要集中在单一合金化原子固溶到α-Cr₂O₃中,对体系的磁性、奈耳温度、能带理论等功能性特性方面的研究。而围绕α-Cr₂O₃作为耐热钢表面氧化膜抗氧化或者耐蚀性方面的理论研究却非常少。由于使用环境的复杂性,耐热钢的种类很多,同时为满足耐热钢不同的使用性能,需要向钢基体中填加各种不同含量的合金元素,如:Fe,Mo,Nb,Ni,Mn,Al和Si,然而这些合金化元素在原子层次所起作用和影响机制尚不完全清楚,基于此本课题针对耐热钢中各类合金化元素固溶于α-Cr₂O₃所形成复合氧化物为对象开展研究。具体研究复合氧化物形成能力、结构稳定性,元素含量与α-Cr₂O₃复合化合物结构稳定性及电子特性的关联性,同时探讨合金化元素与α-Cr₂O₃复合化合物的电子特性。本文通过第一性原理的方法,研究了七种常见的合金元素（Fe、Mo、Nb、Ni、Mn、Al、Si）对α-Cr₂O₃结构稳定性和电子特性的影响,并在此项研究结论的基础上,进一步分析了合金元素Mo、Al的含量对α-Cr₂O₃中的结构稳定性和电子特性的影响。研究结果表明Mo、Nb、Mn、Al固溶于α-Cr₂O₃中,形成的复合氧化物具有比α-Cr₂O₃更高的稳定性。在200-1000K范围内,随温度的增加,Fe、Mo、Nb、Ni、Mn、Al、Si形成的复合氧化物的吉布斯自由能均低于α-Cr₂O₃,即这七种复合氧化物在高温时的稳定性高于α-Cr₂O₃,尤其是Ni和Si形成的复合物,高温时更为稳定。在含量影响的研究中发现,Mo、Al含量分别为0.25,0.5,1时,含量为0.5的α-Cr_1.5Mo_0.5O₃和α-Cr_1.5Al_0.5O₃最易形成,且稳定性最佳。吉布斯自由能上分析来看,在200-1000K范围内,尽管含量为0.5的α-Cr_1.5Mo_0.5O₃和α-Cr_1.5Al_0.5O₃在0K时最为稳定,但随温度的增加至1000K时,α-Cr_1.75Mo_0.25O₃和α-Cr_1.75Mo_0.25O₃更为稳定。