Influence of Impurities on Adhesion at the TiAl/Al2O3 Interface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of substitutional impurities on adhesion at the TiAl/Al2O3 interface with an oxygen termination has been studied by the projector augmented-wave method within the density functional theory. It has been shown that transition metals and a number of s,p-elements substituting for the interfacial titanium atom reduce adhesion, whereas Group VB and VIB elements enhance chemical bonding at the interface. The local densities of states, charge density distribution, overlap populations for interfacial atom bonding, and other electronic characteristics have been calculated that make it possible to reveal key factors influencing adhesion at the alloy–oxide interface. A correlation has been found between the influence of impurities on bonding energy at the inner and outer interfaces. A comparison of obtained data with those for the interface with Ti-enriched Ti3Al alloy shows that the interface loses strength with decreasing Ti content in the alloy.

About the authors

A. V. Bakulin

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: bakulin@ispms.tsc.ru
Tomsk, 634055 Russia

A. S. Kul'kov

National Research Tomsk Sate University

Email: bakulin@ispms.tsk.ru
Tomsk, 643050 Russia

S. E. Kul'kova

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; National Research Tomsk Sate University

Author for correspondence.
Email: bakulin@ispms.tsk.ru
Tomsk, 634055 Russia; Tomsk, 643050 Russia

References

  1. Z. Li and W. Gao, in Intermetallics Research Progress, ed. by Y. N. Berdovsky, Nova Sci. Publ., New York (2008), p. 1.
  2. J. Dai, J. Zhu, C. Chen et al., J. Alloys Compd. 685, 784 (2016).
  3. M. R. Shanabarger, Appl. Surf. Sci. 134, 179 (1998).
  4. V. Maurice, G. Despert, S. Zanna et al., Acta Materialia 55, 3315 (2007).
  5. T. Izumi, T. Yoshioka, S. Hayashi et al., Intermetallics 9, 547 (2001).
  6. L. Y. Kong, J. Z. Qi, B. Lu et al., Surf. Coat. Technol. 204, 2262 (2010).
  7. T. Sasaki, T. Yagi, T. Watanabe et al., Surf. Coat. Technol. 205, 3900 (2011).
  8. M. Sebastiani and E. Bemporad, Intermetallics 37, 76 (2013).
  9. J. Q. Wang, L. Y. Kong, T. F. Li et al., J. Therm. Spray Technol. 24, 467 (2015).
  10. J. Q. Wang, L. Y. Kong, T. F. Li et al., Appl. Surf. Sci. 361, 90 (2016).
  11. J. Q. Wang, L. Y. Kong, J. Wu et al., Appl. Surf. Sci. 356, 827 (2015).
  12. J. Huang, F. Zhao, X. Cui et al., Appl. Surf. Sci. 582, 152444 (2022).
  13. H. Li, L. Liu, S. Wang et al., Acta Metallurgica Sinica 42, 897 (2006).
  14. S. Y. Liu, J. X. Shang, F. H. Wang et al., Phys. Rev. B 79, 075419 (2009).
  15. H. Li, S. Wang, and H. Ye, J. Mater. Sci. Technol. 25, 569 (2009).
  16. S. Y. Liu, J. X. Shang, F. H. Wang et al., J. Phys.: Condens. Matter 21, 225005 (2009).
  17. Y. Song, J. H. Dai, and R. Yang, Surf. Sci. 606, 852 (2012).
  18. S. E. Kulkova, A. V. Bakulin, Q. M. Hu et al., Comput. Mater. Sci. 97, 55 (2015).
  19. L. Wang, J. X. Shang, F. H. Wang et al., Acta Materialia 61, 1726 (2013).
  20. S. E. Kulkova, A. V. Bakulin, and S. S. Kulkov, Comput. Mater. Sci. 170, 109136 (2019).
  21. A. V. Bakulin, S. Hocker, S. Schmauder et al., Appl. Surf. Sci. 487, 898 (2019).
  22. Y. Koizumi, M. Kishimoto, Y. Minamino et al., Philos. Mag. A 88, 2991 (2008).
  23. А. В. Бакулин, А. М. Латышев, С. Е. Kulkova, ЖЭТФ 152, 164 (2017).
  24. S. E. Kulkova, A. V. Bakulin, and S. S. Kulkov, Latv. J. Phys. Tech. Sci. 6, 20 (2018).
  25. А. В. Бакулин, С. С. Кульков, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 157, 688 (2020).
  26. E. Epifano and G. Hug, Comput. Mater. Sci. 174, 109475 (2020).
  27. D. Conn'etable, A. Prillieux, C. Thenot et al., J. Phys.: Condens. Matter 32, 175702 (2020).
  28. A. V. Bakulin, S. S. Kulkov, and S. E. Kulkova, Intermetallics 137, 107281 (2021).
  29. Y. Song, F. J. Xing, J. H. Dai et al., Intermetallics 49, 1 (2014).
  30. J. H. Dai, Y. Song, and R. Yang, Intermetallics 85, 80 (2017).
  31. B. Wang, J. Dai, X. Wu et al., Intermetallics 60, 58 (2015).
  32. Y. Li, J. H. Dai, and Y. Song, Comput. Mater. Sci. 181, 109756 (2020).
  33. A. V. Bakulin, S. S. Kulkov, and S. E. Kulkova, Appl. Surf. Sci. 536, 147639 (2021).
  34. А. В. Бакулин, С. С. Кульков, С. Е. Кулькова, Изв. вузов. Физика 63, 3 (2020).
  35. A. V. Bakulin, S. S. Kulkov, S. E. Kulkova et al., Metals 10, 1298 (2020).
  36. D. J. Siegel, L. G. Hector, Jr., and J. B. Adams, Phys. Rev. B 65, 085415 (2002).
  37. P. E. Bl¨ochl, Phys. Rev. B 50, 17953 (1994).
  38. G. Kresse and J. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).
  39. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  40. M. Lucht, M. Lerche, H. C. Wille et al., J. Appl. Cryst. 36, 1075 (2003).
  41. P. Villars and L. D. Calvert, Pearson's Handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases, ASM, Materials Park, OH (1991).
  42. T. A. Manz and N. G. Limas, RSC Adv. 6, 47771 (2016).
  43. N. G. Limas and T. A. Manz, RSC Adv. 6, 45727 (2016).
  44. T. A. Manz, RSC Adv. 7, 45552 (2017).
  45. W. M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th Edition, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL (2015), p. 9.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».