Влияние Si и Ti5Si3 на адгезию на интерфейсе α- Al2O3/γ-TiAl и диффузию кислорода в сплав
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-4-460-466
Аннотация
Методом проекционных присоединенных волн в рамках теории функционала электронной плотности изучено влияние кремния и пленок Ti5Si3 на адгезионные свойства границы раздела α-Al2O3/γ-TiAl и диффузию кислорода в TiAl. Показано, что формирование на границе раздела оксид–сплав промежуточных силицидных слоев может приводить к значительному понижению коэффициента диффузии кислорода. При этом адгезия на интерфейсе оксид–силицид остается высокой, тогда как для интерфейса силицид–сплав получены значения ∼2.26–2.80 Дж/м2 типичные для границ раздела с металлической и металло-ковалентной связью.
Об авторах
А. В. Бакулин
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Россия
Россия
Л. С. Чумакова
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Россия
Россия
С. Е. Кулькова
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Россия
Россия
Список литературы
1. Dufour L.C., Monty C., Petot-Ervas G. (eds.) Surfaces and interfaces of ceramic materials. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1989, 806 p.
2. Ruhle M., Evans A.G., Ashby M.F., Hirth J.P. (eds.) ¨ Metal-ceramic interfaces. Proceedings of an International Workshop. Pergamon Press, Oxford, 1990, 433 p.
3. Ishak M. (ed.) Joining technologies. IntechOpen, 2016, 282 p.
4. Finnis M.W. The theory of metal-ceramic interfaces. J. Phys.: Condens. Matter, 1996, 8(32), P. 5811–5836.
5. Zhao P., Li X., Tang H., Ma Y., Chen B., Xing W., Liu K., Yu J. Improved high-temperature oxidation properties for Mn-containing beta-gamma TiAl with W addition. Oxid. Met., 2020, 93, P. 433–448.
6. Wang J., Kong L., Wu J., Li T., Xiong T. Microstructure evolution and oxidation resistance of silicon-aluminizing coating on γ-TiAl alloy. Appl. Surf. Sci., 2015, 356, P. 827–836.
7. Gui W., Liang Y., Hao G., Lin J., Sun D., Liu M., Liu C., Zhang H. High Nb-TiAl-based porous composite with hierarchical micro-pore structure for high temperature applications. J. Alloys Compd., 2018, 744, P. 463–469.
8. Wu J.S., Zhang L.T., Wang F., Jiang K., Qiu G.H. The individual effects of niobium and silicon on the oxidation behaviour of Ti3Al based alloys. Intermetallics, 2000, 8, P. 19–28.
9. Bakulin A.V., Chumakova L.S., Kulkova S.E. Oxygen and nitrogen diffusion in titanium nitride. Phys. Mesomech., 2025, 28(1), P. 55–65.
10. Li X.Y., Taniguchi S., Matsunaga Y., Nakagawa K., Fujita K. Influence of siliconizing on the oxidation behavior of a γ-TiAl based alloy. Intermetallics, 2003, 11, P. 143–150.
11. Jiang H.R., Wang Z.L., Ma W.S., Feng X.R., Dong Z.Q., Zhang L., Liu Y. Effects of Nb and Si on high temperature oxidation of TiAl. Trans. Nonferrous Metals Soc. China, 2008, 18, P. 512–517.
12. Le H.L.T., Goniakowski J., Noguera C., Koltsov A., Mataigne J.M. First-principles study on the effect of pure and oxidized transition-metal buffers on adhesion at the alumina/zinc interface. J. Phys. Chem. C, 2016, 120(18), P. 9836–9844.
13. Bakulin A.V., Kulkov S.S., Kulkova S.E. Adhesion properties of the TiAl/Al2O3 interface. Izvestiya vuzov. Fizika, 2020, 63(5), P. 3–9. (in Russian)
14. Bakulin A.V., Kulkov S.S., Kulkova S.E., Hocker S., Schmauder S. First principles study of bonding mechanisms at the TiAl/TiO2 interface. Metals, 2020, 10(10), P. 1298.
15. Blochl P.E. Projector augmented-wave method. ¨ Phys. Rev. B, 1994, 50(24), P. 17953–17979.
16. Kresse S., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method. Phys. Rev. B, 1999, 59(3), P. 1758–1775.
17. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett., 1996, 77(18), P. 3865–3868.
18. Bakulin A.V., Kulkov S.S., Kulkova S.E. Diffusion properties of oxygen in the γ-TiAl alloy. J. Exp. Theor. Phys., 2020, 134(4), P. 579–590.
19. Chang K.C., Payne U.J. Numerical treatment of diffusion coefficients at interfaces. Numer. Heat Transfer, Part A, 1992, 21(3), P. 363–376.
20. Landman U., Shlesinger M.F. Stochastic theory of multistate diffusion in perfect and defective systems. I. Mathematical formalism. Phys. Rev. B, 1979, 19(12), P. 6207–6219.
21. Bertin Y.A., Parisot J., Gacougnolle J.L. Modele atomique de diffusion de l’oxyg ` ene dans le titane ` α. J. Less-Common Met., 1980, 69(1), P. 121–138.
22. Bakulin A.V., Chumakova L.S., Kulkova S.E. Oxygen absorption and diffusion in Ti5Si3. Intermetallics, 2022, 146, P. 107587.
23. Prot D., Monty C. Self-diffusion in α-Al2O3 II. Oxygen diffusion in ‘undoped’ single crystals. Philos. Mag. A, 1996, 73(4), P. 899–917.
24. Moore D.K., Cherniak D.J., Watson E.B. Oxygen diffusion in rutile from 750 to 1000◦C and 0.1 to 1000 MPa. Am. Mineral., 1998, 83, P. 700–711.
25. Huang J., Zhao F., Cui X., Wang J., Xiong T. Long-term oxidation behavior of silicon-aluminizing coating with an in-situ formed Ti5Si3 diffusion barrier on γ-TiAl alloy. Appl. Surf. Sci., 2022, 582, P. 152444.
Рецензия
Для цитирования:
Бакулин А.В., Чумакова Л.С., Кулькова С.Е. Влияние Si и Ti5Si3 на адгезию на интерфейсе α- Al2O3/γ-TiAl и диффузию кислорода в сплав. Наносистемы: физика, химия, математика. 2025;16(4):460-466. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-4-460-466
For citation:
Bakulin A.V., Chumakova L.S., Kulkova S.E. Effect of Si and Ti5Si3 on the adhesion at the α-Al2O3/γ-TiAl interface and oxygen diffusion in the alloy. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2025;16(4):460-466. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-4-460-466
Просмотров:
16
Послать статью по эл. почте 