Cr对Fe-Cr合金耐蚀性能影响的电子理论研究
来源期刊：金属学报2017年第5期
论文作者：王垚 李春福 林元华
文章页码：622 - 630
关键词：经验电子理论;耐腐蚀性能;钝化膜;界面电子密度差;Tammann定律;
摘 要：基于固体与分子经验电子理论（EET）,对Fe-Cr合金（Cr含量为030%,原子分数）的价电子结构进行了半定量分析,利用界面电子密度差Dr的计算方法,计算了Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜低指数晶面间的电子密度。结果表明,Fe-Cr合金固溶体的杂化原子轨道数sn、最强键共价电子数nA和最强键键能EA均大于纯Fe,Cr能提高Fe基体的稳定性。当Cr含量达到12.52%和24.3%时,Cr原子从低阶迁移到共价电子数少的高阶状态,不稳定性增加,此时Cr易偏离平衡位置与腐蚀介质作用形成钝化膜,造成Fe-12.52%Cr和Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性能发生突变。Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜的24个低指数界面中,只有Fe-Cr（112）/Cr2O3（0001）、Fe-Cr（112）/Cr2O3（1010）Cr、Fe-Cr（112）/Fe2O3（11 20）界面的Dr<10%,对于同等Cr含量的基体,Fe-Cr（112）/Cr2O3（1010）Cr界面Dr最小,满足Dr<10%的杂化原子轨道数s最大。随着基体中Cr含量升高,Fe-Cr（112）/Cr2O3（0001）和Fe-Cr（112）/Fe2O3（11 2ˉ0）界面Dr降低,s增加,Cr2O3、Fe2O3与基体的界面更加稳定牢固,因此Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性可跃迁至更高水平。价电子结构对Fe-Cr合金耐蚀性能变化的分析结果基本符合Tammann定律的描述。
王垚1，李春福1，林元华1,2
1. 西南石油大学材料科学与工程学院2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室
摘 要：基于固体与分子经验电子理论（EET）,对Fe-Cr合金（Cr含量为030%,原子分数）的价电子结构进行了半定量分析,利用界面电子密度差Dr的计算方法,计算了Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜低指数晶面间的电子密度。结果表明,Fe-Cr合金固溶体的杂化原子轨道数sn、最强键共价电子数nA和最强键键能EA均大于纯Fe,Cr能提高Fe基体的稳定性。当Cr含量达到12.52%和24.3%时,Cr原子从低阶迁移到共价电子数少的高阶状态,不稳定性增加,此时Cr易偏离平衡位置与腐蚀介质作用形成钝化膜,造成Fe-12.52%Cr和Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性能发生突变。Fe-Cr合金与Cr2O3、Fe2O3钝化膜的24个低指数界面中,只有Fe-Cr（112）/Cr2O3（0001）、Fe-Cr（112）/Cr2O3（1010）Cr、Fe-Cr（112）/Fe2O3（11 20）界面的Dr<10%,对于同等Cr含量的基体,Fe-Cr（112）/Cr2O3（1010）Cr界面Dr最小,满足Dr<10%的杂化原子轨道数s最大。随着基体中Cr含量升高,Fe-Cr（112）/Cr2O3（0001）和Fe-Cr（112）/Fe2O3（11 2ˉ0）界面Dr降低,s增加,Cr2O3、Fe2O3与基体的界面更加稳定牢固,因此Fe-24.3%Cr合金的耐腐蚀性可跃迁至更高水平。价电子结构对Fe-Cr合金耐蚀性能变化的分析结果基本符合Tammann定律的描述。
关键词：经验电子理论;耐腐蚀性能;钝化膜;界面电子密度差;Tammann定律;
