邓辉球



Fe3Al合金表面偏析的Monte Carlo模拟研究

邓辉球*

(湖南大学 应用物理系, 湖南 长沙, 410082)

应用改进分析型EAM理论和Monte Carlo方法模拟研究了温度从700～1 400 K时Fe3Al合金(100)和(110)面的表面成分和剖面成分分布情况, 发现在合金不同的表面方向, Al在表面偏析, Fe在次表面偏析, 剖面成分呈振荡分布. 在(100)方向, 模拟发现Fe3Al合金高温时发生有序-无序转变. 在(110)方向发现温度较高时计算的表面Al含量比实验测量值低, 温度较低时计算结果与实验结果符合得很好.

表面偏析; Fe3Al合金; Monte Carlo模拟

早在20世纪50年代人们就已经发现金属间化合物作为高温结构材料具有特殊的性能. 与常规铁基合金相比, Fe3Al金属间化合物比重小、弹性模量高、抗氧化、耐热腐蚀, 而且价格便宜. 在低于600 ℃的温度下, Fe3Al的屈服强度随温度的升高而提高. 但是其室温脆性及600℃以上时力学性能的不足, 成为其作为工业合金应用的障碍. 近十年来, 由于Fe3Al环境氢脆机制以及改善Fe3Al室温塑性等方面的研究取得重要进展, 有力地推动了FeAl合金的实用化进程[1].

合金表面的成分分布与材料的表面性能密切相关. 合金表面偏析是指合金表面的成分与其体内成分不同的现象. 凡是对合金表面敏感的问题和性能, 诸如催化、腐蚀、氧化、摩擦磨损和晶体生长等都与之有关. Voges等[2]应用LEIS研究了Fe3Al(110)面在有序—无序转变温度附近时的表面偏析, 发现Al在表面富集, 而Fe在次表面富集. Eltester等[3]应用AES和LEED研究了Fe85Al15单晶合金(100)面的表面偏析和氧化, 发现Al在表面富集, 高温时表面生成Al2O3薄层……