Mn在铁素体Fe-25％Cr合金中的迁移行为研究

铁素体合金是目前广泛应用于固体氧化物燃料电池(SOFCs)的连接体材料.掺杂Mn的Fe-Cr合金连接体会在服役过程中形成两层氧化膜,即Cr2O3和(Cr,Mn)3O4,可有效避免其高温抗氧化性不足以及Cr挥发会毒化阴极等问题.而Mn原子在Fe-Cr合金体系中的迁移对(Cr,Mn)3O4的形成至关重要,但其微观机理尚不明晰.利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了Mn在铁素体Fe-Cr合金表面的迁移过程,以及由内部向表面的跃迁过程.分别构建并优化了Fe-25％Cr合金的晶体模型和合金(110)表面模型,计算了Mn在(110)表面的稳定吸附位和势能面分布,并确定了Mn在表面的迁移路径.进一步结合弹性带方法计算了各种迁移路径对应的迁移势垒.结果表明,Mn原子在表面迁移路径的势垒低于0.191eV,以及由体内向表面跃迁路径的势垒低于4.480eV.在此基础上计算了不同迁移路径的扩散系数随温度的变化关系,可知Mn更易沿表面迁移.从微观尺度上揭示了Mn原子在铁素体Fe-Cr合金内部向表面跃迁及在表面迁移的迁移机制,确定了Mn原子由晶体内部向表面的跃迁是影响Mn扩散的决定性因素,为铁素体Fe-Cr合金在SOFCs连接体上的应用提供了理论支持.