Влияние Si и Ti5Si3 на адгезию на интерфейсе α-Al2O3/γ-TiAl и диффузию кислорода в сплав

Сотрудниками лаборатории физики нелинейных сред проведены расчеты методом проекционных присоединенных волн влияние кремния и пленок Ti5Si3 на адгезионные свойства интерфейса α-Al2O3/γ-TiAl, а также диффузию кислорода в TiAl. Показано, что формирование на границе раздела оксид–сплав промежуточных силицидных слоев может приводить к значительному понижению коэффициента диффузии кислорода. При этом адгезия на интерфейсе оксид–силицид остается высокой (7.9–8.3 Дж/м2), тогда как для интерфейса силицид–сплав получены значения ~ 2.26–2.80 Дж/м2 в зависимости от конфигурации контакт. Такое резкое понижение адгезии объясняется изменением механизма химической связи с ионно-ковалентного, характерного для интерфейса оксид–сплав, на металло-ковалентный для границы раздела силицид титана–сплав. Полученная зависимость эффективного коэффициента диффузии от толщины пленки силицида титана показана на рисунке. Здесь же приведены коэффициенты диффузии кислорода в TiAl и Ti5Si3. Видно, что даже образование тонкой пленки Ti5Si3 приводит к резкому понижению диффузивности кислорода. Таким образом, как сам кремний, так и пленка Ti5Si3 действительно способствуют замедлению диффузии кислорода в γ-TiAl сплав, что благоприятно для повышения его коррозионной стойкости

На рисунке  – эффективный коэффициент диффузии кислорода (красная линия) в системе Ti5Si3/TiAl в зависимости от толщины пленки силицида титана. Коэффициент диффузии в объемном сплаве и силициде показаны зеленым и синим цветом соответственно.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2022-0001.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics:
Bakulin A.V., Chumakova L.S., Kulkova S.E. Effect of Si and Ti5Si3 on the adhesion at the α-Al2O3/γ-TiAl interface and oxygen diffusion in the alloy // Nanosystems: Phys. Chem. Math. – 2025. – Vol. 16, No. 4. – P. 460–466. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-4-460-466