本發明涉及一種判定合金表面偏析狀態的方法以及制造合金材料的方法，針對特定材料體系，判定合金表面偏析狀態并選定合金的元素組成進行制造，針對需要實現材料表面偏析改性的合金，可以篩選計算出合適的元素添加種類并進行制造；針對需要抑制表面偏析的合金體系，可篩選出抑制表面偏析的元素種類組合并進行制造。可以便捷精確的判定合金表面偏析狀態并制造出可調控材料表面偏析狀態的特定體系合金。

技術領域

本發明屬于材料表面改性工程技術領域，具體涉及一種用于判定及調控材料表面偏析的合金體系的方法。

背景技術

偏析是影響材料成分均勻性的主要原因。材料偏析一般表現為晶界偏析、表面偏析等。材料中偏析現象對其加工制品在使用過程中有利有弊，譬如，嚴重的晶界偏析現象會導致脆性材料的沿晶界斷裂，如果發生在飛機機體、汽車發動機、壓力容器、核反應堆等部件，將會造成巨大的危害；但在一些特殊的應用場合，利用材料的偏析現象可以實現對材料的改性，如利用表面偏析改變材料的抗氧化、耐腐蝕特性，利用晶界偏析改善材料的韌性等。如何有效解決表面偏析導致的材料性能降低以及充分利用表面偏析對材料的改善，需要對特定材料的合金體系進行設計優化。

目前，國內外關于通過合金體系的設計來實現對材料表面偏析現象的控制，大部分依靠經驗判斷，無法通過合金體系設計的精確計算來保證材料表面是否發生偏析現象。僅僅依靠經驗判定，對常規鋼鐵、有色金屬等材料具有一定的可預見性，但針對新型材料體系的偏析調控，往往會出現經驗判定與實際結果差異大的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種判定合金表面偏析狀態的方法以及制造合金材料的方法，針對特定材料體系，判定合金表面偏析狀態并選定合金的元素組成進行制造，針對需要實現材料表面偏析改性的合金，可以篩選計算出合適的元素添加種類并進行制造；針對需要抑制表面偏析的合金體系，可篩選出抑制表面偏析的元素種類組合并進行制造。可以便捷精確的判定合金表面偏析狀態并制造出可調控材料表面偏析狀態的特定體系合金。

作為本發明的其中一方面，本發明提出了一種判定二組分合金表面偏析狀態的方法，該方法包括：

s1，設定二組分合金為AB合金，A和B為合金的兩種合金金屬元素；通過公式W＝E(A-B)-1/2[E(A-A)+E(B-B)]計算W的值，其中E(A-B)為形成A-B鍵所需的鍵能，E(A-A)為形成A-A鍵所需的鍵能，E(B-B)為形成B-B鍵所需的鍵能，在A-A、B-B或A-B鍵不存在鍵能時，鍵能取值為0；

s2，根據W的值判定合金材料的表面偏析狀態，當W≥0，二組分合金不發生表面偏析，當W＜0，二組分合金發生表面偏析。

進一步，上述方法還包括，當W＜0，二組分合金發生表面偏析時，進一步判定二組分合金中偏析組元為A組分還是B組分；比較組分A和B的表面張力值F_A和F_B；當F_A＞F_B時，組分A為偏析組分；當F_A＜F_B時，組分B為偏析組分；當|F_A-F_B|≈1N/m時，比較組分A和B的原子半徑r_A和r_B，當r_A＞r_B，則A為偏析組分，否則為B為偏析組分。

進一步，上述方法還包括，對合金組分進行調控以滿足設計需求；在W≥0，合金不發生表面偏析時，當主組分(本發明中主組分指的是質量含量較多的組分)的氧化膜的性能滿足致密性或穩定性的要求時，合金滿足設計需求，不需調控；當主組分的氧化膜的性能不滿足致密性或穩定性的要求時，對合金組分進行調控，設計需求為實現合金組分的表面偏析；在W＜0，合金組分發生表面偏析時，當偏析組分的氧化膜的性能不滿足致密性或穩定性的要求時，對合金組分進行調控，設計需求為抑制合金組分的表面偏析；當偏析組分的氧化膜的性能滿足致密性或穩定性的要求時，合金滿足設計需求，不需調控。