Атомная и электронная структура трех поверхностей -(0001), (1100) и (1120) -сплава Ti 3 Al рассчитана методом проекционных присоединенных волн в рамках теории функционала электронной плотности. Проведена оценка поверхностных энергий в зависимости от химического потенциала алюминия, что позволило построить диаграмму стабильности рассмотренных поверхностей. Изучена адсорбция кислорода на разно ориентированных поверхностях сплава. Установлено, что наиболее предпочтительными позициями для адсорбции кислорода являются ямочные позиции на поверхностях (0001) и (1120) Ti-Al и мостиковые позиции на поверхности (1100) Ti-Al-1 . Обсуждаются структурные и электронные факторы, обусловлива-ющие их энергетическую предпочтительность. Показано, что независимо от ориентации поверхности кислород " предпочитает" обогащенные титаном позиции. Обсуждается влияние кислорода на атомную и электронную структуру низкоиндексных поверхностей. Установлено, что при низких концентрациях кислорода формирование его химической связи с атомами титана и/или алюминия поверхностных и подповерхностных слоев приводит к появлению низколежащих состояний, отщепленных от дна валентных зон металлов, что сопровождается образованием псевдощели и ослаблением металлических связей Ti−Al в поверхностных слоях.Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-02-91150_ГФЕН), а также частично в рамках проекта № 23.1.2 ИФПМ СО РАН и поддержана программой повышения конкурентоспособности ТГУ.Численные расчеты выполнены на суперкомпьютере SKIF−Cyberia в Томском государственном универси-тете, а также с использованием ресурсов суперкомпьютерного комплекса МГУ им. М.В. Ломоносова. DOI: 10.21883/FTT.2017.09.44858.036
ВведениеАлюминиды титана благодаря хорошим механическим свойствам, в частности высокой удельной прочности и температуре плавления, высоким модулям упругости, эластичности и жаропрочности [1-3], широко использу-ются в аэрокосмической, авиационной и автомобильной промышленности. Несмотря на интенсивное изучение экспериментальными и теоретическими методами на протяжении последних десятилетий, эти интерметал-лические сплавы по-прежнему привлекают внимание исследователей как с технологической, так и фундамен-тальной точки зрения. В то же время недостаточная коррозионная стойкость сплавов Ti 3 Al и TiAl ограни-чивает их использование при высоких температурах, а сплав TiAl 3 , обнаруживающий максимальную стой-кость к окислению, является достаточно хрупким. Раз-работка новых высокотемпературных конструкционных материалов на основе сплавов Ti−Al является важной задачей современного материаловедения. Эксперимен-тальные исследования [4][5][6][7] показали, что низкая кор-розионная стойкость сплавов с меньшим содержанием алюминия связана с ростом смешанных оксидных слоев, содержащих оксиды титана и алюминия. Известно, что формирующиеся на поверхности сплошные оксидные слои являются эффективными барьерами для диффузии кислорода, что ограничивает скорость роста оксидных пленок даже при высоких температурах [4][5][6][7]. В связи с этим необходимо понимать микроскопиче...