鈦鋁合金中氧化膜TiO2的價電子結(jié)構(gòu)分析

于佳石+張愛民+趙志偉+張秀良+林成

摘要：采用基于固體與分子經(jīng)驗電子理論（EET）提出的自洽鍵距差（SCBLD）法，計算了TiO2的價電子結(jié)構(gòu)參數(shù)及其結(jié)合能。計算結(jié)果表明：由于晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)最強(qiáng)鍵的鍵能很大（205.8282 KJ/mol），且在晶體內(nèi)均勻分布，TiO2表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性；TiO2晶體內(nèi)兩種主干鍵的鍵能值大（205.8282 KJ/mol和137.5898 KJ/mol），約占總能量的95%，晶體在升溫過程中表現(xiàn)出很強(qiáng)的抵抗熱運動的能力和較高的熔點；TiO2中較弱共價鍵比較多，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，會引發(fā)TiAl合金的脆性。

關(guān)鍵詞：EET；鍵距差法；價電子結(jié)構(gòu)；結(jié)合能

中圖分類號：TG146.23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）20019803

1引言

TiAl 基金屬間化合物具有低密度、高強(qiáng)度、高韌性、高熔點的特性[1，2]，被國際公認(rèn)為是最有希望的航天、航空、汽車等發(fā)動機(jī)用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)新材料。然而，在高溫下TiAl 基金屬間化合物生成TiO2和Al2O3的混合氧化膜，且TiO2形成速度快且結(jié)構(gòu)不致密，導(dǎo)致TiO2和Al2O3的混合氧化膜容易從基體表面剝落。這是鈦鋁合金在高溫下抗氧化性能薄弱的關(guān)鍵，因而導(dǎo)致其在航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用受限[3～7]。目前，固體與分子經(jīng)驗電子理論（EET）[8，9]已經(jīng)廣泛用于材料各種理論研究中。最近，Lin等將“等概率原理”和“迭代自洽法”引入到EET的鍵距差（BLD）法中提出了自洽鍵距差（SCBLD）法[10，11]，該改進(jìn)方法既可以解決BLD法多重解的問題，也可提高EET的計算精度。因此，利用SCBLD法計算了TiAl金屬間化合物中TiO2氧化膜的價電子結(jié)構(gòu)，并利用計算的價電子結(jié)構(gòu)參數(shù)討論了TiO2氧化膜的性質(zhì)，為研究高溫合金抗氧化行為提供新的思路。

2計算方法