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本文首先回顾了非晶合金的发展历史以及国内外研究现状,总结了非晶合金的形成能力,非晶的晶化行为和耐腐蚀性能。结合导师张辉教授的国家自然科学基金项目“Zr基大块非晶的成分设计与腐蚀机理研究”,根据计算机编程首先构建了Zr基非晶合金初始晶化相Zr2Ni原子结构模型和晶化相Zr2Cu中以Cu原子为中心的团簇模型,用模型中以Ni原子为中心的二十面体原子团簇模拟Zr基非晶中的二十面体团簇。
运用实空间的Recursion方法计算了合金元素Cu、Nb、Ta、Y、La等取代模型中心Ni及顶角Zr位置时的状态密度,中心Ni、Cu与近邻顶角zr(Nb、Ta、Y、La)等的键级积分及团簇的费米能级,讨论了合金元素Nb、Ta、Y、La等对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响机理,得出一些较有价值的结论:
1.合金元素占据中心位置时只有Cu的LDOS与Nj类似,合金元素占据顶角Zr的位置时,Nb、Ta、Y、La等与Zr的LDOS形状类似,说明Nb、Ta、Y、La等在Zr基非晶合金二十面体团簇中实际上易占据Zr的位置。
2.构造Zr基非晶初始析出相Zr2Ni、Zr2Cu中,以Ni为中心的二十面体团簇和以Cu原子为中心的团簇研究Zr基非晶的形成能力,计算了中心Ni、Cu与近邻顶角Zr(Nb、Ta、Y、La)等的键级积分。稀土元素Y取代Zr原子后使其与近临原子Ni、Cu的键级积分有所升高,说明它使非晶形成能力上升,过渡元素Nb、Ta、La等使非晶形成能力下降,其中稀土元素La对其影响不大。
3.构造Zr基非晶初始析出相Zr2Ni、Zr2Cu中,以Ni为中心的二十面体团簇和以Cu原子为中心的团簇研究zr基非晶的耐腐蚀能力,计算了团簇的费米能级。费米能级表示电子填充的最高水平,处于费米能级位置的电子容易首先失去,且费米能级越高,电子越容易失去,即材料活性大,容易被氧化,这样在具有氧化性溶液中易于钝化,形成钝化膜。Nb、Y、La取代zr可使Zr基非晶费米能级上升,增大其活性,容易钝化,提高zr基非晶的耐腐蚀性,元素Ti、V、Ta使Zr基非晶的钝化能力下降,降低其耐腐蚀性。