Адсорбция кислорода на поверхностях с низкими индексами сплава TiAl₃
Латышев А.М., Бакулин А.В., Кулькова С.Е., Ху Ц.М., Янг Р.

Поступила в редакцию: 2 Мая 2016

DOI: 10.7868/S0044451016120105

PDF (5M)

Методом проекционных присоединенных волн в плоско-волновом базисе с обобщенным градиентным приближением для обменно-корреляционного функционала изучена адсорбция кислорода на поверхностях (001), (100) и (110) с низкими индексами сплава TiAl₃. Установлено, что наиболее энергетически предпочтительными для адсорбции кислорода являются ямочные H-позиции на поверхности (001) и мостиковые В-позиции на поверхностях (110) и (100). Обсуждаются структурные и электронные факторы, обусловливающие их энергетическую предпочтительность. Проведен анализ изменений атомной и электронной структур приповерхностных слоев при повышении концентрации кислорода до трех монослоев. Показано, что формирование химической связи кислорода с обоими элементами приводит к появлению отщепленных состояний от дна их валентных зон, что сопровождается образованием запрещенной зоны на уровне Ферми и ослаблением металлических связей Ti-Al в сплаве. На алюминиевых окончаниях поверхностей (001) и (110) наблюдается приоритет окисления алюминия над титаном. В целом энергетика связи кислорода на смешанном окончании рассмотренных поверхностей с низкими индексами выше, чем на алюминиевом окончании. Расчет диффузии кислорода в сплаве TiAl₃ показал, что наименьшие значения барьеров соответствуют диффузии между тетраэдрическими позициями в плоскости (001), тогда как диффузия кислорода в направлении [001] проходит через октаэдрические и тетраэдрические позиции. Повышение концентрации алюминия в сплаве способствует понижению энергетических барьеров для диффузии кислорода по сравнению с соответствующими барьерами в сплаве γ -TiAl.