TiAl-Al2O3界面相互作用第一性原理研究.pdf

1、TiAl基合金具有高熔點、低密度、優(yōu)異的高溫強度和抗蠕變性能,是最具潛力的新型高溫結(jié)構(gòu)材料之一,但高溫下合金的抗氧化能力不足極大地限制了它的應(yīng)用。目前,由于觀測手段等實驗條件的限制,對TiAl基合金氧化的微觀機理仍不是很清楚。本文主要以TiAl金屬間化合物與其氧化產(chǎn)物之一的Al2O3的界面為研究對象,運用第一性原理方法對γ-TiAl(111)/α-Al2O3(0001)界面的穩(wěn)定性、結(jié)合強度、界面原子的相互作用及電子結(jié)構(gòu)等特性進行分析,

2、為理解TiAl基合金的氧化機制、解決其氧化問題提供理論依據(jù)。
　　首先,我們研究了TiAl七個低指數(shù)表面和Al2O3三個不同終端(0001)面的表面結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性。引入相互作用參數(shù)修正了表面能的計算方法并應(yīng)用于TiAl和Al2O3表面能的計算。在所研究的七個TiAl低指數(shù)表面中,Al終端的(110)面表面能最低,而Al2O3(0001)表面中單層Al終端表面的表面能最低。電子結(jié)構(gòu)分析表明表面效應(yīng)主要是由最外層和次外層原子引起的,表

3、面的穩(wěn)定性及原子層間的結(jié)合強度與電子結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。
　　其次,我們建立了不同匹配形式的TiAl(111)/Al2O3(0001)界面模型,在[112]TiAl‖[1010]Al2O3(ORⅡ)匹配下,O終端Al2O3(0001)表面與TiAl(111)表面的結(jié)合最強,界面原子的分波電子態(tài)密度和差分電荷密度顯示該界面中的O原子與TiAl中Al原子有較強的相互作用,而Al終端界面中的O原子與TiAl中Al原子間的相互作用較弱,且存