CN112084619A - 一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过建立掺杂有合金元素的金属置换吸附模型和不掺杂合金元素的金属基体吸附模型，通过第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型分别进行计算，获得金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，以及金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量。本申请提供了一种全新的金属基体材料添加合金元素后耐腐蚀性能评估方法；由于建模和计算均是在计算机中进行，大约1‑2天即可计算出不同吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，大大缩短了研究周期，同时减少了成本投入；将仿真结果与实验室数据进行比对，规律性一致，准确度高。

Description

一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法
技术领域
本发明属于材料学领域，具体涉及一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法。
背景技术
金属基体材料由于具有较高的机械强度、良好的焊接性和延展性以及可加工性而在较多的行业中广泛应用。在实际生产过程中，往往需要通过向金属基体中添加Cr、Ni、Ti、Nb、Mo、Mn等合金元素，以获取高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温等特殊性能。
传统的金属制品性能研究方式是通过向金属基体中添加一定量的合金元素，再经中试冶炼轧制后开展实验室性能评估，整个研究周期耗时1-6个月，并且在此过程中还损耗大量的人力、物力，这严重制约了金属基新材料的研发和推广。
发明内容
本发明提供一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，解决了现有技术中在铁金属基体中添加耐蚀性合金元素后，再经过工业中试，对中试产品开展实验室性能评估这种研究方法，带来的研究周期长且成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，所述方法包括步骤：
获得金属基体的晶格常数；
基于所述晶格常数构建金属基体模型；
将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子，以获得金属置换模型；
将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上，以获得金属置换吸附模型；
将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上，以获得金属基体吸附模型；
对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
对所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量以及所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量进行分析，以获得掺杂合金元素的所述金属基体的耐腐蚀性能。
优选地，所述基于所述晶格常数构建金属基体模型包括步骤：
基于第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函算法构建金属基体模型计算软件；
将所述金属基体的所述晶格常数导入所述金属基体模型计算软件；
所述金属基体模型计算软件输出金属基体模型。
优选地，所述将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子包括步骤：
确定所述金属基体模型中掺杂合金原子所需个数；
根据所述掺杂合金原子个数确定超胞尺寸；
对所述超胞进行能量优化，以获得所述金属置换模型。
优选地，所述将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属置换模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属置换模型进行能量优化，以获得所述金属置换吸附模型。
优选地，所述将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属基体模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属基体模型进行能量优化，以获得所述金属基体吸附模型。
优选地，所述吸附位置包括：顶位、穴位和桥位。
优选地，所述对所述金属置换吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属置换吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子电荷转移量。
优选地，所述对所述金属基体吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属基体吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子电荷转移量。
优选地，所述氧原子吸附能的计算公式为：
Eads＝EA+B+EO－EA+B+O；
其中，Eads表示氧原子在超胞表面吸附时的吸附能；A代表置换金属原子，B 代表金属原子；EA+B表示没有吸附氧原子时超胞的总能量；EO表示孤立的氧原子在真空中的能量；EA+B+O表示氧原子吸附在超胞表面后的总能量。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请提供了一种全新的金属基体材料添加合金元素后耐腐蚀性能评估方法；由于建模和计算均是在计算机中进行，大约1-2天即可计算出不同吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，大大缩短了研究周期，同时减少了成本投入；将仿真结果与实验室数据进行比对，规律性一致，准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是1Cr金属置换吸附模型的氧原子态密度值示意图；
图2是0Cr原子金属基体吸附模型的氧原子态密度值示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明提供了一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，所述方法包括步骤：
S1：获得金属基体的晶格常数；
S2：基于所述晶格常数构建金属基体模型；
S3：将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子，以获得金属置换模型；
S4：将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上，以获得金属置换吸附模型；
S5：将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上，以获得金属基体吸附模型；
S6：对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
S7：对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
S8：对所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量以及所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量进行分析，以获得掺杂合金元素的所述金属基体的耐腐蚀性能。
晶格常数(或称之为点阵常数)指的就是晶胞的边长，它是晶体结构的一个重要基本参数。有了晶格常数就可以建立确定的晶胞。
在本申请实施例中，在步骤S1中，获得金属基体的晶格常数的方法有多种，比如可以通过文献查找相应的金属基体从而获得其晶格常数，也可以将金属基体的X-ray衍射数据导入Jade5图谱处理软件，从而获取其晶格常数。在此，对获取金属晶体晶格常数的方法不做限制，凡是可以实现获得金属基体晶格常数的途径均可。
在本申请实施例中，在步骤S2中基于所述晶格常数构建金属基体模型包括步骤：
基于第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函算法构建金属基体模型计算软件；
将所述金属基体的所述晶格常数导入所述金属基体模型计算软件；
所述金属基体模型计算软件输出金属基体模型。
第一性原理是分解原子核和电子相互作用的原理及其基本运动规律，基于量子力学原理，并从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法。密度泛函理论(DFT)是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法，可以用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理计算材料学和计算化学领域最常用的方法之一。密度泛函理论中的广义梯度近似泛函算法(DFT-GGA)是一种计算电子结构的计算模型。
在本申请实施例中，金属基体模型计算软件包括VASP软件和Materials studio软件。具体地，VASP软件和Materials studio软件内置了DFT-GGA模型，因此，当将金属基体的晶格常数输入至VASP软件和Materials studio软件中后， VASP软件和Materials studio软件会运用DFT-GGA模型并输出构建金属基体模型。
在本申请实施例中，在步骤S3中将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子包括步骤：
确定所述金属基体模型中掺杂合金原子所需个数；
根据所述掺杂合金原子个数确定超胞尺寸；
对所述超胞进行能量优化，以获得所述金属置换模型。
在本申请实施例中，所述金属基体为面心立方结构的铁基体。铁基体在微观下是面心立方结构，即除顶角上有铁原子外，在晶胞立方体的六个面的中心处还有6个铁原子。
在本申请实施例中，掺杂合金原子为如下至少一种：Cr、Ni。Cr和Ni均有利于提高钢的耐腐蚀性能，由于铁Cr和Ni的原子半径均大于基体铁原子的半径，因此掺杂Cr和Ni元素只能置换角部位置的Fe原子，不能间隙固溶。
在本申请实施例中，所述超胞尺寸为(3×3×3)n，其中n表示掺杂合金原子的个数。
金属基体模型中掺杂合金原子的个数与宏观炼钢中添加多少合金元素相对应。因铁基体是面心立方，因此，当掺杂1个Cr原子，在宏观上表示钢中Fe 的质量分数为99.14％，Cr的质量分数为0.86％；当掺杂2个Cr原子，在宏观上表示钢中Fe的质量分数为98.28％，Cr的质量分数为1.72％。例如，0Cr表示超胞中有0个铬原子置换Fe原子，1Cr表示超胞中1个铬原子置换一个Fe原子， 2Cr表示超胞中2个铬原子置换2个Fe原子，其它原子和数量以此类推。
在本申请实施例中，超胞能量为多个单胞能量之和，置换原子位置不同时，单胞能量会有差异。通过对超胞进行能量优化，找到超胞能量最低时的合金置换位置，这个合金置换位置使得超胞能量最低，也就最稳定。
在本申请实施例中，在步骤S4中将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属置换模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属置换模型进行能量优化，以获得所述金属置换吸附模型。
在本申请实施例中，所述吸附位置包括顶位、穴位和桥位。顶位表示Fe原子的上方(top，记为T)；穴位表示四个表面Fe原子围成的空穴点(hollow，记为H)；桥位表示两个表面Fe原子之间的桥点(bridge，记为B)。
在本申请实施例中，在步骤S5中将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属基体模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属基体模型进行能量优化，以获得所述金属基体吸附模型。
在本申请实施例中，所述吸附位置包括顶位、穴位和桥位。顶位表示Fe原子的上方(top，记为T)；穴位表示四个表面Fe原子围成的空穴点(hollow，记为H)；桥位表示两个表面Fe原子之间的桥点(bridge，记为B)。
在本申请实施例中，在步骤S6中对所述金属置换吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属置换吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子电荷转移量。
在本申请实施例中，在步骤S7中对所述金属基体吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属基体吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子电荷转移量。
在本申请实施例中，所述氧原子吸附能的计算公式为：
Eads＝EA+B+EO－EA+B+O；
其中，Eads表示氧原子在超胞表面吸附时的吸附能；A代表置换金属原子，B 代表金属原子；EA+B表示没有吸附氧原子时超胞的总能量；EO表示孤立的氧原子在真空中的能量；EA+B+O表示氧原子吸附在超胞表面后的总能量。
在态密度计算过程中，设置平面波截止能为350eV，Monkhorst-pack的K 网格点为3*3*3、4*4*4和5*5*5中的一种，NSW＝0，从CHGCAR文件中读取电荷分布，加入自选极化，采用DFT-GGA模型进行态密度进行计算。
对平面截止能、K网点和NSW做简单解释。
ENCUT:平面波的切断动能，控制平面波基组的大小，平衡准确性和计算速度。
K网格：确定布里渊区域采样的准确性，实空间越大，K空间就越小。金属体系需要精细的网格，绝缘体使用很少的k点通常就可以。
NSW:定义了离子运动的步数，对结构进行松弛优化或者离子最优位置选择时采用，其它静态计算设置为零。
本发明通过建立掺杂有合金元素的金属置换吸附模型和不掺杂合金元素的金属基体吸附模型，通过第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型分别进行计算，获得金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，以及金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量。由于铁金属材料的耐腐蚀性能的强弱可以通过材料表面的钝化膜稳定性进行评估，而钝化膜的稳定性在微观角度是氧原子在金属体积表面的综合状态进行表征，综合状态包括氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，因此，通过分析对比金属置换吸附模型和金属基体吸附模型表面的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，可以得到添加合金元素对金属材料的耐蚀性能的影响规律。
本申请提供了一种全新的金属基体材料添加合金元素后耐腐蚀性能评估方法；由于建模和计算均是在计算机中进行，大约1-2天即可计算出不同吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量，大大缩短了研究周期，同时减少了成本投入；将仿真结果与实验室数据进行比对，规律性一致，准确度高。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法进行详细说明。
实施例1
实施例1中合金原子为Cr原子。
(1)通过文献(KLAVER T P.Defect and solute properties in dilute Fe-Cr-Ni austenitic alloys from first principles[J].Phys.Rev.B,2012, 85:174111-1-23.)查找，获得面心奥氏体Fe的晶格常数是
Figure RE-GDA0002739517980000081
将晶格常数
Figure RE-GDA0002739517980000082
导入第一性原理计算软件VASP 5.2，构建金属基体模型；
(2)用1个Cr原子置换1个Fe原子，吸附1个氧原子，计算精度选为medium，因此设置超胞大小为3×3×3；
(3)由于Fe基体超胞中金属原子点位的可重复性，因此Cr原子置换Fe 原子的位置有1个，经能量优化后，得到具有Cr原子最稳定空间点位的金属置换模型；
(4)在金属置换模型上设置表面氧原子吸附位置，分别为top位(顶位)、 hollow位(空位)和bridge位(桥位)，经能量优化后，得氧原子最稳定的吸附位置为hollow位置的金属置换吸附模型；
(5)在金属基体模型上设置表面氧原子吸附位置，分别为top位(顶位)、 hollow位(空位)和bridge位(桥位)，经能量优化后，得氧原子最稳定的吸附位置为hollow位置的金属基体吸附模型；
(6)设置平面波截止能Ecut＝350eV，Monkhorst-pack的K网格点为4×4 ×4，NSW＝0，加入自旋极化，使用DFT-GGA模型分别对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型进行静态能量值计算，并使用吸附能计算公式获取1Cr(金属置换吸附模型)和0Cr(金属基体吸附模型)时，氧原子吸附能分别为8.67eV和5.46eV；
(7)设置平面波截止能Ecut＝350eV，Monkhorst-pack的K网格点为4×4 ×4，NSW＝0，ISTART＝1，ICHARG＝11，加入自旋极化，使用DFT-GGA模型分别对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型的态密度进行计算，1Cr时，金属置换吸附模型的氧原子态密度如图1所示，0Cr时，金属基体吸附模型的氧原子态密度如图2所示；
(8)使用Bade change analysis软件对1Cr和0Cr时的氧原子态密度结果进行解析，获得氧原子电荷转移量，解析结果如表1所示。
表1氧原子在置换Cr原子前后的吸附点布居分析
Figure RE-GDA0002739517980000091
(9)分析
从图1和图2分析可知：0Cr原子(金属基体吸附模型)时，氧原子的s轨道的杂化峰值为0.0025states/eV，p轨道的杂化峰值为0.2states/eV；1Cr 原子(金属置换吸附模型)时，氧原子的s轨道的杂化峰值为0.061states/eV，p轨道的杂化峰值为2.2states/eV。由此知，加Cr原子之后，氧原子p轨道杂化峰值增大了将近十倍。
根据表1，1Cr原子的氧原子电荷转移数从0Cr原子的1.18eV增加到了1.23 eV。
氧原子的轨道杂化峰值和电荷转移数反映的是氧原子和金属原子之间结合力的状态，轨道杂化峰值和电荷转移数增加说明氧原子和基体金属原子之间的结合力增强，反映到吸附能上的变化就是吸附能从0Cr原子的5.46eV增加到1Cr 原子的8.67eV。
(10)从氧原子态密度、电荷转移数以及吸附能计算结果可以看出，Cr原子的添加可以提高基体金属原子与吸附氧原子的结合力，这说明Cr原子的加入能够促进面心奥氏体铁基体表面钝化膜的形成和基体耐腐蚀性能的提高。那么宏观上表示加入Cr元素后，钢的耐蚀性更强。
实施例2
实施例2中合金原子为Ni原子。
(1)通过文献(I.A.ABRIKOSOV,A.E.KISSAVOS.Competition between magneticstructures in the Fe rich fcc Fe-Ni alloys[J].Phys.Rev.B, 2007,76:014434-1-15.)查找，获得面心奥氏体Fe的晶格常数是
Figure RE-GDA0002739517980000101
将晶格常数
Figure RE-GDA0002739517980000102
导入第一性原理计算软件VASP 5.2，构建金属基体模型；
(2)用1个Ni原子置换1个Fe原子，吸附1个氧原子，计算精度选为medium，因此设置超胞大小为3×3×3；
(3)由于Fe基体超胞中金属原子点位的可重复性，因此Ni原子置换Fe 原子的位置有1个，经能量优化后，得到具有Ni原子最稳定空间点位的金属置换模型；
(4)在金属置换模型上设置表面氧原子吸附位置，分别为top位(顶位)、 hollow位(空位)和bridge位(桥位)，经能量优化后，得氧原子最稳定的吸附位置为hollow位置的金属置换吸附模型；
(5)在金属基体模型上设置表面氧原子吸附位置，分别为top位(顶位)、 hollow位(空位)和bridge位(桥位)，经能量优化后，得氧原子最稳定的吸附位置为hollow位置的金属基体吸附模型；
(6)设置平面波截止能Ecut＝350eV，Monkhorst-pack的K网格点为4×4 ×4，NSW＝0，加入自旋极化，使用DFT-GGA模型分别对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型进行静态能量值计算，并使用吸附能计算公式获取1Ni(金属置换吸附模型)和0Ni(金属基体吸附模型)时，氧原子吸附能分别为6.39eV和4.82eV；
(7)设置平面波截止能Ecut＝350eV，Monkhorst-pack的K网格点为4×4 ×4，NSW＝0，ISTART＝1，ICHARG＝11，加入自旋极化，使用DFT-GGA模型分别对金属置换吸附模型和金属基体吸附模型的态密度进行计算；
(8)使用Bade change analysis软件对1Ni和0Ni时的氧原子态密度结果进行解析，获得氧原子电荷转移量，解析结果如表2所示。
表2
Figure RE-GDA0002739517980000111
(9)从氧原子态密度、电荷转移数以及吸附能计算结果可以看出，Ni原子的添加可以提高基体金属原子与吸附氧原子的结合力，这说明Ni原子的加入能够促进面心奥氏体铁基体表面钝化膜的形成和基体耐腐蚀性能的提高。那么宏观上表示加入Ni元素后，钢的耐蚀性更强。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
获得金属基体的晶格常数；
基于所述晶格常数构建金属基体模型；
将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子，以获得金属置换模型；
将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上，以获得金属置换吸附模型；
将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上，以获得金属基体吸附模型；
对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量；
对所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量以及所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能、氧原子态密度和氧原子电荷转移量进行分析，以获得掺杂合金元素的所述金属基体的耐腐蚀性能。
2.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述基于所述晶格常数构建金属基体模型包括步骤：
基于第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函算法构建金属基体模型计算软件；
将所述金属基体的所述晶格常数导入所述金属基体模型计算软件；
所述金属基体模型计算软件输出金属基体模型。
3.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述将合金原子置换所述金属基体模型中的金属原子包括步骤：
确定所述金属基体模型中掺杂合金原子所需个数；
根据所述掺杂合金原子个数确定超胞尺寸；
对所述超胞进行能量优化，以获得所述金属置换模型。
4.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述将氧原子吸附于所述金属置换模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属置换模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属置换模型进行能量优化，以获得所述金属置换吸附模型。
5.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述将氧原子吸附于所述金属基体模型表层的金属原子上包括步骤：
在所述金属基体模型中选择吸附位置；
将氧原子设置于所述吸附位置处；
对所述金属基体模型进行能量优化，以获得所述金属基体吸附模型。
6.根据权利要求4或5所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述吸附位置包括：顶位、穴位和桥位。
7.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述对所述金属置换吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属置换吸附模型进行计算，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属置换吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属置换吸附模型的氧原子电荷转移量。
8.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述对所述金属基体吸附模型进行计算包括步骤：
利用第一性原理的密度泛函理论中的广义梯度近似泛函模型对所述金属基体吸附模型进行计算，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子吸附能和氧原子态密度；
对所述金属基体吸附模型的氧原子态密度进行解析，以获得所述金属基体吸附模型的氧原子电荷转移量。
9.根据权利要求1所述的掺杂合金元素的金属基体耐腐蚀性能研究仿真方法，其特征在于，所述氧原子吸附能的计算公式为：
Eads＝EA+B+E0-EA+B+0；
其中，Eads表示氧原子在超胞表面吸附时的吸附能；A代表置换金属原子，B代表金属原子；EA+B表示没有吸附氧原子时超胞的总能量；E0表示孤立的氧原子在真空中的能量；EA+B+0表示氧原子吸附在超胞表面后的总能量。
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