近日，安徽工業大學現代表界面工程研究中心張世宏教授團隊的一項最新研究，通過第一性原理研究稀土元素對氮原子在體心立方鐵表面吸附和擴散的影響，揭示了稀土滲氮的催滲機制。相關論文以題為「第一性原理計算研究稀土摻雜對Fe表面氮的吸附和擴散的影響：揭示滲氮中的催滲機制」被金屬材料領域國際頂級刊物Acta Materialia發表。
稀土在滲碳、滲氮、噴塗等表面處理技術中有著廣泛的應用。稀土輔助滲氮被證明有助於促進擴滲速率，提高滲層厚度，改善滲層性能。然而，相應的機制尚不清晰。
該項研究計算了體心立方鐵的體結構和表面結構性能，計算了氮的吸附性能；建模模擬了稀土元素在體心立方鐵中的佔位，計算了稀土元素摻雜的體心立方鐵表面氮原子的吸附情況。通過bader電荷和馳豫後的結構變化發現了較強的La-N作用，解釋了La元素摻雜後氮原子吸附能的提高。研究項目還對氮原子在體心立方鐵次表面的吸附進行了計算，發現了稀土元素摻雜對擴散能壘的降低有幫助。總結了稀土La和Ce的催滲機制。
這項研究將有助於深入了解稀土在表面處理技術中發揮的作用，為稀土表面處理技術的優化提供理論支撐，也為第一性原理揭示表面處理的微觀機制提供了一個範例。(汪盛顏)