マグネシウムの耐食性に影響する金属元素および侵入型非金属不純物元素の電子構造計算

影响镁耐蚀性的金属元素和间隙非金属杂质元素的电子结构计算

• 批准号: 11750619
• 负责人: 古井 光明
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750619/
• 关键词: DV-Xαクラスター法; マグネシウム; 耐食性; 侵入型非金属不純物元素; 電解質イオン; 結合次数; 電子密度; イオン性

金属元素M(45種類)または侵入型非金属不純物元素I(11種)をMg格子の中心,電解質イオンE(2種)を第一近接原子に配したMg-hcpクラスター(M or I・E・Mg18)を作成し、分子軌道計算を行って添加元素と母金属Mgとの間の化学結合の状態を調査した。合金元素を添加したときの差電子密度分布によると、Mgよりも電子数が多い元素、例えばAl,Zn,Fe,Mnなどを添加すると、その周りに電子密度の高い領域が確認された。ここで、Mgに対して大きな固溶限を持つAl,Znでは、それらとMg原子の間の電子分布はわずかな変化を示すのに対して、Mgにほとんど固溶しないFe,Mnでは、それらとMgの部分状態密度に大きな変化がある。Mgと合金元素の間の電気陰性度の差に基づく電荷移行の度合いを示すパラメーターΔΦ^^-より、La,Ceなどの希土類元素を添加すると、Mgとの大きな化学結合状態が得られることがわかった。この知見は、Mgの耐食性の向上のみならず、硬さや強度などの機械的性質の向上を目的とした合金設計の指針にもなる。Mgクラスターの中心に侵入型非金属不純物元素(H,B,C,N,O)を置換した分子軌道計算によると、Mgと不純物元素の共有結合の大きさを表す結合次数はBが最も大きく、次いでC,N,O,Hの順になった。差電子密度分布から、BやCのような不純物元素は第一および第二近接Mg原子いずれとも強い結合を形成していることがわかった。また、各不純物元素のイオン性はHが最もイオン結合的であり、次いでO,N,C,Bの順となった。電解質イオン(Na,Cl)の影響は、Mgと金属元素の結合状態から考察した。NaイオンはMgと金属元素の結合次数を若干高めるが、一方のClイオンはそれを大幅に減ずることが示された。このことは、これまでの実験で明らかにされている塩素の腐食促進効果を裏付けるものである。なお、電解質イオンと侵入型非金属不純物元素の相互作用は、Mgと金属元素のそれに比べて小さく、全体の腐食系に及ぼす影響は無視できる程度である。Mgよりも電子数が多い元素を含むMg2元系合金について、3%NaCl水溶液による塩水噴霧腐食試験を行った。その結果、Mgと合金元素の電荷移行の度合いを示すパラメーターΔΦ^^-が大きいLaなどの希土類元素を添加した合金において、腐食重量がより少ない良好な腐食特性を示すことがわかった。

Metal element M (45 species) and intrusive nonmetallic impurity element I (11 species) are the center of Mg lattice, electrolyte E (2 species) is the first adjacent atom, Mg-hcp is coordinated with Mg (M or I·E·Mg 18), molecular orbital calculation is carried out, and chemical bonding state between additive element Mg and parent metal Mg is investigated. The electron density distribution of alloying elements is different, and the electron number of elements such as Al, Zn, Fe, Mn is higher than that of other elements. The electron distribution between Mg atoms is different from that between Fe and Mn atoms. The difference between the electronegativity of Mg and alloy elements indicates the degree of charge transfer in the base alloy. The addition of rare earth elements such as La, Ce and Mg results in the chemical binding state of Mg. This knowledge of Mg resistance, hardness, mechanical properties, and purpose of alloy design The number of total binding of Mg and impurity elements (H, B, C, N, O) is the highest in the calculation of molecular orbitals, and the number of binding is the highest in the calculation of molecular orbitals for Mg and impurity elements (H, B, C, N, O, H). Difference electron density distribution, B, C and impurity elements in the first and second proximity Mg atoms in the middle of the formation of strong binding The impurity elements are O, N, C, B and so on. The effect of electrolyte (Na, Cl) on the binding state of Mg and metal elements was investigated. The number of combinations of Na, Mg and metal elements is higher, and the number of combinations of Cl and Mg is lower. This is the first time that a person has ever had a problem with food, and the first time that he has ever had a problem with food, he has had a problem with food. The interaction between electrolyte and invasive nonmetallic impurities is smaller than that between Mg and metallic elements, and the influence of corrosion on the whole system is negligible. Mg~(2 +)~(2 As a result, the charge transfer of Mg and alloy elements is shown in the range of Δ Φ ^^-^^