电力论文哪里有？本文所有的研究都是以纯净的Ni-Al2O3界面为研究对象，而实际的Ni-Al2O3界面往往有着较为复杂的形貌并且界面中存在多种多样的物质。因此今后的工作可以考虑从不同粗糙度表面、掺杂不同元素等方面入手来研究其对Ni-Al2O3界面的扩散重键行为和机械性能的影响。
第1章 绪论
1.2 国内外研究现状
镍基合金具有高强度、耐高温氧化、耐腐蚀等特点，在极端环境下得到了广泛的应用。Al是镍基合金最重要的元素，其在合金表面形成的氧化膜可以有效的保护合金内部免受腐蚀，因此氧化铝被广泛用作防腐涂层以此来提高基体的耐腐蚀性。然而，随着温度和工作时间的增加，基体与氧化膜之间产生孔隙和裂纹，这些缺陷进一步发展甚至会导致氧化膜剥落，加剧了外部环境对合金内部的腐蚀。为延长镍基合金表面氧化膜的使用寿命，提高合金耐腐蚀能力，国内外专家针对相关问题展开了大量研究。
1.2.1 表面涂层研究现状
表面涂层是在合金表面添加一定成分的金属、合金或化合物，然后以适当的方式形成涂层。Szczygieł等[9]将电化学方法应用在Ni-Al2O3复合镀层，通过电子显微镜（SEM）观察发现Al2O3颗粒与镍的共沉积会扰乱镍涂层的规则表面结构，并在Na2SO4溶液中测试涂层的抗耐蚀性能，结果表明镍/氧化铝复合镀层的耐蚀性优于标准镍镀层。Li等[10]对DZ125合金在950 ℃下采用充填胶结工艺制备了Ce-Y改性铝涂层，结果表明，制备的Al-Ce-Y镀层主要由Al3Ni2、Al3Ni和Cr7Ni3组成。经过热腐蚀试验后，DZ125合金发生了严重的热腐蚀，内部发生了氧化和硫化。而经涂层处理后，在基体表面形成的Al2O3膜使合金耐腐蚀性能显著提高。
王忠宝等[11]为测试涂层对镍基高温合金的影响，使用电镀方法制造了Ni-Al2O3复合材料，测试了Ni-Al2O3复合材料的综合性能。结果表明，涂层与基体结合良好，增强了基体的硬度和耐腐蚀能力，经过多次热疲劳试验，复合涂层未发生脱落。Noroozi等[12]通过电镀方法制备Ni-Al2O3梯度镀层，发现梯度镀层的耐磨性和耐蚀性均高于普通复合镀层，找到了Al2O3颗粒在镀层中分布最均匀时的最佳搅拌速率，还发现随着Al2O3颗粒含量的增加，涂层的硬度逐渐增大。Ren等[13]在镍基高温合金表面制备了NiCr-CrAl铝化物涂层，研究了合金的高温氧化行为和涂层的热腐蚀行为，结果表明涂层不仅在等温过程中在基体表面形成了致密的Al2O3，增强了基体的抗氧化能力，而且在硫酸盐中具有良好的耐热腐蚀性能。还通过实验对比发现，添加铝化物涂层后合金的各项性能均优于未添加涂层的合金。
第3章 Ni-Al2O3界面的扩散重键行为研究
3.1 模型方法
3.1.1 模型的建立
Al2O3已知的晶体类型多达十几种，有α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3等，α-Al2O3是其中最为常见的晶体类型。α-Al2O3(0001)按照终端类型可以分为三种，分别是单铝端、双铝端和氧端的α-Al2O3(0001)表面，如图3-1所示。自然环境下单Al端的α-Al2O3(0001)最为常见，所以单Al终端的α-Al2O3(0001)常常作为Ni-Al2O3界面的研究对象。α-Al2O3内的氧原子按六方紧密堆积，六个氧原子构成一个八面体间隙，铝原子占据三分之二的八面体间隙位置。
如图3-2所示为构建的Ni-Al2O3界面模型。其中底部为Al2O3，蓝色为铝原子，黄色为氧原子，顶部为Ni，红色为镍原子。接触面为Al2O3的(0001)面和Ni的(111)面，两个的界面距离为2 Å。其中α-Al2O3晶胞的晶格常数值为a=b=4.759 Å，c=12.991 Å，α=β=90°，γ=120°；对fcc-Ni晶胞沿(111)面切割得到新的Ni晶胞，其晶格常数为a=b=2.492 Å，c=6.104 Å，α=β=90°，γ=120°。为满足界面晶格匹配的要求，Al2O3和Ni的模型分别由5×5×4(23.795×23.795×51.964 Å3)个α-Al2O3晶胞和10×10×8(24.918×24.918×48.830 Å3)个沿(111)面切割后的Ni晶胞组成，模型中原子总数为5400个。Ni和α-Al2O3接触面的边长分别为24.918 Å和23.795 Å。
第4章 Ni-Al2O3界面的机械性能研究
4.1 模型方法
镍基合金多应用在高温、高腐蚀性的恶劣环境中，在长期使用过程中Ni基体与表面Al2O3涂层之间不稳定性逐渐显现，界面间产生孔隙和裂纹是高温下导致涂层失效的重要原因。本章通过分子动力学方法模拟了Ni-Al2O3模型的断裂失效过程，观测了在拉伸断裂过程中模型形态的差异，得出了应力与应变的关系，从而分析不同因素对界面机械性能的影响。
为了更好的研究不同因素对Ni-Al2O3界面机械性能的影响，本文中把第三章中发生扩散重键后的Ni-Al2O3模型作为本章研究的初始模型。
4.2 模拟过程
模拟过程中先固定模型底部，然后在模型的顶部加载恒定的应变速率以测试模型的机械强度。本文为防止高应变率变形引起的冲击，还为拉伸中的移动区域指定了一个沿加载方向从底部的0到顶部对应的速度均匀变化的初始速度。加载方向（z方向）采用自由边界条件，拉伸过程中其他两个方向（x、y方向）采用周期性边界条件，整个模拟过程采用NVT系综，此外每1 ps输出一次所有粒子的信息（坐标、能量、势能、应力等信息）。
应力与应变的计算结果如图4-1所示，从图中可以发现随着应变的增加系统的应力逐渐增大，这表明拉伸过程中应力在系统中不断积累。对于应力-应变曲线中应力的突然下降来说，这是镍内部位错的萌发造成的，位错的产生用来降低拉伸过程中输入的应变能，此时系统中发生不可逆的塑性变形[88]。图中还可以发现随着应变速率的减小，应力-应变曲线中位错出现的次数增多，这表明拉伸过程中的应变速率越低，滑移系越容易形成，系统从而出现了更多的滑移系。滑移系形成的次数越多模型发生塑性变形的程度越大，系统的塑性也就越强。
结论
本文采用分子动力学方法针对Ni-Al2O3界面的扩散重键行为和机械性能进行了研究。首先分析了不同温度和不同氧化铝终端对界面扩散重键行为的影响，模拟结果显示界面区的原子通过扩散重新结合在一起，Ni原子的电荷向Al、O原子发生转移，并在界面形成新的化合物。然后将发生扩散重键后的界面模型作为后续研究的初始模型，深入探讨了不同因素对Ni-Al2O3界面机械性能的影响。最后本文得出以下结论：
Ni-Al2O3界面的扩散重键行为：
（1）对于温度对界面扩散重键的影响来说，在高温的作用下Ni-Al2O3界面处原子围绕其平衡位置振动，随着温度升高原子被激发并且振动幅度加大，由于镍的金属键的结合强度远小于氧化铝的离子键，所以界面处的镍原子首先获得足够摆脱原先Ni-Ni键束缚的活化能，自由的镍原子在浓度梯度的影响下向氧化铝侧扩散。随着扩散的进行，部分镍原子进入到氧化铝内部，破坏了氧化铝的平衡结构，原子的扩散只发生在界面处，主要由Ni原子向Al2O3扩散。温度升高促进了原子的扩散，使得Ni原子与Al、O原子之间接触的概率显著增强，包括Ni、Al和O原子在内的大量原子发生扩散重键现象，其中Ni原子的电荷向Al、O原子发生转移，在界面区域形成了如NiO、AlnNim等复杂的化合物。温度的升高促进了界面处新键（Ni-Al键和Ni-O键）的生成，由此不难发现，随着温度升高宏观界面处会形成更多的金属间化合物以及金属氧化物。
（2）对于氧化铝终端类型对界面扩散重键的影响来说，高温下不同氧化铝终端（单铝端、双铝端和氧端）的Ni-Al2O3界面发生扩散重键现象。由于氧端模型的表面没有Al原子阻碍，Ni原子更容易沿着Al2O3表面空隙扩散进入氧化铝内部，所以氧端模型中原子的扩散速度更快。并且氧端模型内原子的扩散程度远大于单铝端和双铝端，双铝端的扩散程度最低。原子扩散程度的增大促进了Ni原子与Al、O原子之间的电荷转移，这表现在氧端模型内新键的数量最多，新键类型主要为Ni-O键，在界面处形成的化合物多为NiO等金属氧化物，而双铝端模型的新键数量最少，新键类型主要为Ni-Al键，在界面处形成的化合物以AlnNim等金属间化合物为主。
参考文献（略）
