本书专门论述材料腐蚀集成计算的基本概念与理论、计算软件特点与参数设置以及典型腐蚀参数计算方法，并给出了详细的基于材料腐蚀集成计算的腐蚀机理阐释和耐蚀材料设计案例。全书分为上、下两篇，共9章。上篇阐述基础理论与方法：第1章为绪论，第2章为材料腐蚀集成计算基础理论与方法概述，第3章为腐蚀计算软件与参数设置，第4章为典型腐蚀参数计算方法与分析。下篇介绍应用案例：第5章为铝合金应力腐蚀开裂机理及耐蚀优化，第6章为金属钝化膜性能计算与结构衍化，第7章为计算与实验融合下的耐蚀材料设计，第 8章为人工智能算法预测材料腐蚀，第9章为对腐蚀集成计算的展望。
样章试读
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丛书序
前言
上篇 基础理论与方法
第1章 绪论 3
1.1 概述 3
1.2 腐蚀和防护研究现状与难题 4
1.3 集成计算材料工程的发展历程 4
1.4 材料基因工程学科的发展历程 5
1.5 腐蚀研究中的高通量实验技术 6
1.6 材料腐蚀集成计算的内涵与基本特征 7
1.6.1 定义 7
1.6.2 腐蚀集成计算的体系结构 7
1.6.3 理论瓶颈与挑战 8
1.6.4 腐蚀集成计算的基本特征 8
参考文献 9
第2章 材料腐蚀集成计算基础理论与方法概述 10
2.1 材料科学基础 10
2.1.1 原子间的键合 10
2.1.2 晶体学基础 12
2.1.3 原子堆垛及间隙 14
2.1.4 晶体缺陷 18
2.2 量子力学及能带理论 26
2.2.1 量子来源以及简介 26
2.2.2 波函数 27
2.2.3 固体能带理论 29
2.3 热力学与统计物理 31
2.3.1 热力学第一定律及第二定律 31
2.3.2 焓、熵、自由能及吉布斯函数 33
2.3.3 系统微观运动描述 36
2.3.4 系综理论 38
2.4 密度泛函理论 41
2.4.1 理论基础 41
2.4.2 交换关联能 44
2.4.3 局域密度近似和广义梯度近似 45
2.4.4 赝势及平面波方法 47
2.5 分子动力学方法 48
2.5.1 理论基础 48
2.5.2 势函数简介 50
2.5.3 迭代方法 54
2.5.4 热浴及控压方法 57
2.6 近场动力学方法 59
2.6.1 基础理论 59
2.6.2 损伤预测 66
2.7 有限元方法 71
2.7.1 有限元基本概念 71
2.7.2 弹性力学 73
2.7.3 空间有限元问题 75
2.8 机器学习 76
2.8.1 学习方式分类 76
2.8.2 常见算法基础 77
2.8.3 数据清理 83
2.8.4 数据归一化和特征降维 84
参考文献 86
第3章 腐蚀计算软件与参数设置 87
3.1 建模工具与适用范围 87
3.2 主流计算软件与功能 88
3.2.1 第一性原理计算 88
3.2.2 分子动力学 95
3.2.3 近场动力学方法 105
3.2.4 有限元方法 110
3.3 数据后处理软件及方法 114
3.3.1 VESTA 114
3.3.2 Ovito 120
3.3.3 ParaView 131
3.3.4 VASPKIT 135
参考文献 148
第4章 典型腐蚀参数计算方法与分析 149
4.1 材料腐蚀体系的热力学计算 149
4.1.1 电位-pH 图 149
4.1.2 吸附 164
4.1.3 合金相 175
4.2 腐蚀过程的动力学参数计算 180
4.2.1 点缺陷扩散及钝化膜破裂 180
4.2.2 裂纹扩展速率 193
4.2.3 化学反应动力学模拟 197
4.3 表面/界面电子结构对腐蚀行为的影响 209
4.3.1 氧化对表面电子性质的影响 209
4.3.2 Cl？吸附对γ-Al2O3(010)表面能带结构的影响 212
4.3.3 掺杂元素对表面电子结构的影响 216
4.4 腐蚀数据的机器学习建模与计算 218
4.4.1 电化学曲线的机器学习建模与仿真 218
4.4.2 组织结构数据的图像识别与耐蚀评估 226
参考文献 229
下篇 应用案例
第5章 铝合金应力腐蚀开裂机理及耐蚀优化 233
5.1 多尺度模拟应力腐蚀开裂 233
5.1.1 析出相及基体对氢原子竞争吸附分析 234
5.1.2 H 原子在基体/析出相界面稳定性影响 237
5.1.3 跨尺度参数传递模拟铝合金沿晶开裂 239
5.2 数据驱动的耐蚀铝合金设计 243
5.2.1 流变应力下Mg/Zn 原子的晶界偏析 244
5.2.2 析出相分布对力学性能的影响 246
5.2.3 潜在耐蚀合金元素的高通量筛选 249
5.3 计算与实验融合的耐蚀铝合金设计及验证 253
5.3.1 强度-塑性机器学习模型构建 254
5.3.2 元素成分与热处理工艺确定 261
5.3.3 力学腐蚀协同优化实验验证 264
参考文献 267
第6章 金属钝化膜性能计算与结构衍化 269
6.1 不锈钢PREN 值的第一性原理计算 269
6.1.1 计算方法及参数设置 270
6.1.2 表面元素掺杂及NH3 吸附 271
6.1.3 元素在基体内掺杂 275
6.1.4 不锈钢耐点蚀能力提升机理 278
6.2 铜表面钝化膜的电子结构计算 279
6.2.1 铜的氧化物晶胞结构优化 279
6.2.2 铜钝化膜的缺陷/能带结构计算 282
6.2.3 铜钝化膜禁带宽度与缺陷结构的关系 288
6.3 溶液电极界面模拟场强计算 292
6.3.1 基础理论及计算方法 292
6.3.2 电化学表面钝化膜评估 297
6.3.3 第一性原理计算点缺陷对钝化膜影响 301
6.4 氢致双相不锈钢的微观组织结构演化 303
6.4.1 不同静水压力下的氢渗透行为 304
6.4.2 不同静水压力下氢渗透过程的COMSOL 数值模拟 311
6.4.3 模拟深海环境下氢扩散 312
参考文献 317
第7章 计算与实验融合下的耐蚀材料设计 318
7.1 抗电迁移焊锡材料设计与制备 318
7.1.1 金属间化合物对焊料合金腐蚀行为的影响规律 318
7.1.2 SAC305 焊料合金的微观失效机理 323
7.2 缓蚀剂的高通量筛选与制备 328
7.2.1 缓蚀剂分子的物化性质与电子转移 328
7.2.2 缓蚀剂与铝水合阳离子的相互作用 331
7.2.3 铝表面缓蚀剂吸附行为及其对电化学过程的影响 334
7.3 增材制造铝合金的耐蚀设计与制备 338
7.3.1 界面微观结构演变 340
7.3.2 腐蚀性能计算设计 343
7.3.3 耐蚀性评价及验证 345
参考文献 349
第8章 人工智能算法预测材料腐蚀 350
8.1 铝合金机器学习预测性能及大数据技术 350
8.1.1 图像-性能预测框架 350
8.1.2 数据集的特征分析 352
8.1.3 模型建立与验证分析 353
8.2 融合驱动铝合金的腐蚀评估与预测 358
8.2.1 小样本铝合金现场暴露腐蚀数据解析 359
8.2.2 第二相的第一性原理计算 361
8.2.3 融合随机森林模型的简化和推广 363
8.2.4 第一性原理计算与腐蚀实验数据融合驱动评估模型的建立 366
参考文献 368
第9章 腐蚀集成计算展望 369
9.1 多尺度计算展望 369
9.2 多物理场模拟展望 370
9.3 数据驱动腐蚀防护的发展 370
9.4 材料设计与优化的发展 371
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