Mo掺杂对γ-TiAl基合金能量稳定性和抗氧化性的影响

宋庆功^1,2，董珊珊²，胡烨²，康建海¹，严慧羽¹，王明超¹，刘志锋¹

1. 中国民航大学理学院低维材料与技术研究所2. 中国民航大学中欧航空工程师学院

摘 要：γ-TiAl基合金是一类具有广阔应用前景的高温结构材料,改善其高温抗氧化性能是当前研究的热点之一。以第一性原理计算为基础,研究了Mo含量小于9.26%（原子分数）的20种γ-TiAl基合金体系的几何性质、密度、原子平均形成能、间隙O原子的形成能、Al空位和Ti空位的形成能。结果显示:各种Mo替位掺杂γ-TiAl基合金体系的密度升高,但均小于4.5 g·cm^-3,仍具有替代传统镍基合金的密度优势。各个掺杂体系的总能量和原子平均形成能均小于零,显示它们具有良好的能量稳定性,据此预测它们可以由实验制备。随Mo含量的升高,掺杂体系的稳定性逐渐降低。通过对Mo掺杂γ-TiAl体系的O原子形成能差值ΔE^f（O）、Al空位与Ti空位形成能差值ΔE_V的计算和分析揭示,当Mo含量为4.0%～7.4%时,阻碍间隙O原子扩散的势垒增大,Al空位扩散的能力得以提升且Ti空位扩散的能力被抑制。这对在γ-TiAl基体表面生成α-Al₂O₃占主导地位的连续致密氧化膜有重要作用,为研发抗氧化性能优良的新材料提供了理论依据。

关键词：γ-TiAl基合金;稳定性;抗氧化性;第一性原理;