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Pb-Mg-Al合金腐蚀机理的电子理论研究

段永华 孙勇 何建洪 彭明军 郭中正

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Pb-Mg-Al合金腐蚀机理的电子理论研究

段永华, 孙勇, 何建洪, 彭明军, 郭中正

Electronic theory of the mechanism of corrosion of Pb-Mg-Al alloy

Duan Yong-Hua, Sun Yong, He Jian-Hong, Peng Ming-Jun, Guo Zhong-Zheng
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  • 为了了解Pb-Mg-Al合金腐蚀的物理本质, 本文采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Pb-Mg-Al合金中各物相的结合能、费米能级和局域态密度等电子结构参数, 分析了合金的电化学腐蚀机理. 计算结果表明:Pb-Mg-Al合金中各主要组成物相稳定性大小关系为 Mg17Al12>Mg2Pb>Mg;Mg,Mg2Pb和Mg17Al12的费米能级存在Ef(Mg)>Ef(Mg2Pb)>Ef(Mg17Al12)的关系, 说明Mg最容易失去电子, Mg2Pb次之, Mg17Al12最难;局域态密度表明, 在同样的外界条件下, 体系中Mg相和Mg2Pb相对于Mg17Al12均处于不稳定的状态, 容易失去电子, 即容易发生腐蚀. Pb-Mg-Al合金体系中不同物相的费米能级差构成了电化学腐蚀的电动势, 导致电子从费米能级高的Mg相和Mg2Pb相流向费米能级低的Mg17Al12相, 使Pb-Mg-Al合金发生腐蚀.
    The cohesive energies, Fermi energies and local density of states (LDOS) are calculated by the first-principles based on pseudopotential plane wave method in this paper to investigate the physical nature of corrosion of Pb-Mg-Al alloy. The mechanism of electrochemical corrosion is analyzed according to the calculated electronic structure parameters. The results show that the stable phase in Pb-Mg-Al alloy is Mg17Al12>Mg2Pb>Mg. The Fermi energy (Ef) values of these phases with Ef(Mg)>Ef(Mg2Pb)>Ef (Mg17Al12) indicate that Mg is most likely to lose electrons while Mg17Al12 is difficult. LDOS result reveals that Mg and Mg2Pb phases are unstable compared with Mg17Al12 in the same external conditions, they are more likely to lose electrons and easier to corrod. The difference in Fermi energy between different phases in Pb-Mg-Al alloy forms the electrodynamic force of the electrochemical corrosion, which leads electrons to flow from the Mg and Mg2Pb phases with higher Fermi energy to Mg17Al12 phase with lower Fermi energy, further to corrode in Pb-Mg-Al alloy.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50871049)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50871049).
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-31
  • 修回日期:  2011-07-04
  • 刊出日期:  2012-02-05

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