论文摘要
γ-TiAl合会与传统钛合金和高温合金相比具有密度低、抗蠕变性能好、比强度和比模量高等优点,使用温度达750-900℃,因此最有希望作为航空发动机高温部件材料。但其高温抗氧化能力不足限制了其作为高温结构材料的应用。为进一步提高钛铝合金高温抗氧化性能和抗腐蚀性能,本文利用Materials Studio软件中基于密度泛函理论的赝势平面波方法（CASTEP）模块对研究多种元素同时掺杂对γ-TiAl高温氧化的影响进行研究,发现：1)添加合金元素能够降低Al的空位形成能,增大Ti的空位形成能,促进Al向表面扩散。合金元素使得Ti与其他原子的相互作用增强,而减弱了Al与其他原子的相互作用,也促进A1向表面扩散。A1向表面扩散形成A1203致密氧化膜,提高了γ-TiAl合金的抗氧化性。2)γ-TiAl氧化时同时存在着内外氧化。合金元素添加降低了γ-TiAl中O离子浓度,从而降低了内氧化的速度。掺杂合金元素能够增强O与Ti、A1及其它合金元素问相互作用,在一定程度上阻碍氧的扩散,降低了γ-TiAl合金内氧化速度,提高了γ-TiAl得抗氧化性。3)氧于γ-TiAl基合金表面的表面吸附是化学吸附,在Nb与Si共同掺杂时,使吸附更容易发生。γ-TiAl合金的表面氧与Al和Ti间同时存在共价和离子键作用。吸附氧与Al的共价相互作用比与Ti的强,但Al的离子键作用弱,但总的作用差别并不大,这就使得TiAl金属间化合物氧化时,能够同时生成Ti02和A1203。同时Si直接与氧发生氧化生成的Si02与A1203层一起阻碍内氧化的进行。№、Si共同掺杂时,Nb主要在基体中起作用,Si主要在表面起作用,两种作用可以叠加,即Nb、Si共同掺杂比单独添加使γ-TiAl合金具有更高的抗氧化性能。
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