第一性原理研究液态铅铋合金及杂质对Fe4O3体及表面的腐蚀性能

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jma_sd
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液态铅铋合金(LBE)拥有着优良的物理和热力学性能,目前主要作为冷却剂,应用于第四代反应堆铅冷快堆中。然而LBE的腐蚀性却使其显得美中不足。控制LBE的腐蚀性,最大程度利用其优势,减小其副作用,是使用LBE的关键。目前研究多是在实验上观察钢体材料在LBE中被腐蚀的情况,并提出针对性的防腐蚀措施。其中最有效的一种控制LBE腐蚀性的方法就是控制LBE中的氧含量,使LBE与钢体材料接触后,在钢体材料表面形成保护性氧化膜Fe3O4,以此阻隔LBE与钢体材料直接接触,达到控制LBE腐蚀性的目的。但是,LBE对Fe3O4也存在腐蚀,研究LBE对Fe3O4的腐蚀规律,最大程度发挥Fe3O4的保护性便是本文研究的重点。本文采用第一性原理计算方法研究LBE对Fe3O4体及其表面的腐蚀性能。主要考虑的是LBE中的Pb、Bi和PbO,进入Fe3O4体及其表面结构后的腐蚀行为。计算结果表明无论在Fe3O4整体还是表面上,Bi取代Fe的形成能都略大于Pb,而PbO缺陷的形成能远远大于Pb和Bi,这表明PbO的腐蚀能力弱于Pb和Bi。Fe3O4中的四面体位置是最容易形成缺陷的位置,易受到外来杂质的攻击,氧化膜的腐蚀就是从这里开始的。在掺杂情况下,Fe原子在Fe3O4(110)面上的解离能最小,在(111)面上最大,这表明掺杂后,Fe3O4(110)面的耐腐蚀性最差。在无掺杂情况下,(100)表面的耐蚀性最差。通过对比掺杂和未掺杂的情况可以看出,Pb、Bi、PbO的掺杂会进一步削弱Fe3O4膜的耐蚀性。我们的研究结果还说明在Fe3O4中,Fe更容易被多个杂质取代,而不是只被单一杂质取代。
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