铝大气环境中钝化及沿晶开裂行为的跨尺度计算.docx

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1、铝大气环境中钝化及沿晶开裂行为的跨尺度计算本文利用结合第一性原理与内聚有限元的跨尺度计算方法研究 铝的钝化及沿晶开裂行为与机理。首先,利用研究了铝钝化膜的形成 过程,利用第一性原理计算02和H20分子在Al (1H)外表的吸附行为, 结果说明:对于无缺陷Al (111)外表,钝化膜在H20和02的共同作用 下形成,通过0原子向内部迁移而增厚。其次,利用第一性原理计算 C1-与钝化膜的相互作用来探究原子尺度的点蚀萌生机理，点蚀的萌 生更倾向于C1-吸附导致的外表减薄,而不是反响能垒较高的C1-渗 透行为。再次,利用第一性原理研究H原子在Al (1H)外表的吸附、 在亚外表和内部的溶解以及从外表向

2、内部扩散的能垒,通过对能量的 分析可获得H原子的最稳定吸附、溶解位和最优扩散路径以及扩散需 克服的能垒。本研究建立120个原子的晶内和晶界结构模型,利用第 一性原理计算H原子在晶内和晶界的溶解、H原子在晶内和晶界的扩 散以及A1原子空位对扩散行为的影响,结果说明,H原子更倾向于溶 解在晶界处;H原子在晶界的扩散能力远高于晶内，晶界为H原子的快 速扩散通道;A1原子空位能够促进晶内H原子进入晶界,能够促进H 原子在晶内的扩散;而A1原子空位对H原子在晶界扩散能力的影响具 有方向选择性,在某些方向上促进,而在某些方向上抑制。最后,利用 第一性原理计算晶界结合能,随着晶界处H原子浓度的升高，晶界结 合能线性下降，说明晶界强度下降;将获得的晶界结合能作为断裂能 这一参数输入到内聚有限元计算之中模拟晶间裂纹的萌生和扩展，实 现跨尺度计算。通过对钝化膜形成、点蚀萌生和氢致开裂机理的研究,本文建立了从原子尺度到宏观尺度的跨尺度计算与模拟框架。