铁素体 FeCr 不锈钢中的异常表面偏析剖面

铁铬合金及其衍生物因其卓越的耐腐蚀性而被广泛应用，这种耐腐蚀性仅出现在围绕 9 至 13 原子百分比铬的狭窄浓度范围内。尽管已知这是由于表面处几原子厚层的铬富集所致，但对其复杂的原子起源的理解仍然是一个挑战。我们报告了通过蒙特卡洛模拟在原子尺度上对此类表面热力学的研究。我们使用了一个哈密顿量，该哈密顿量提供了对先前 ab initio 结果的参数化，并成功描述了该合金异常的热力学性质。我们报告了在低体相浓度下表面强烈的铬富集现象，其最佳值围绕 12 原子百分比铬，超过该值后表面成分急剧下降。这种行为通过以下协同作用得到解释：(i) 体相合金中复杂的相分离，(ii) 局部相变将最靠近表面的层调节为富铁状态并抑制该区域的体相分离，以及 (iii) 接下来几层中强烈且非线性的铬富集对此进行的补偿。简要讨论了其对前瞻性纳米材料设计的启示。