金属合金化X(X=Sr、Zr、Sn、Ce)对RuAl抗氧化性能影响的计算研究

目的 研究RuAl的金属合金化及其氧化物Al2O3和RuO2两相组的氧化关系,揭示其抗氧化性能机理.方法 采用密度泛函理论的第一性原理,建立RuAl掺杂金属原子X及其间隙添加O原子的RuAl-X-O晶胞模型与其氧化产物Al2O3和RuO2的晶胞模型.结果 计算的Al2O3和RuO2氧化能结果显示,Al2O3的氧化能(-11.43 eV/O2)比RuO2的氧化能(-2.28 eV/O2)小,RuO2的氧化能值与0值较为接近,在高温下结构稳定性较差,比较容易发生分解,RuAl的抗氧化能力主要依靠氧化产物Al2O3来进行.金属X合金化后,RuAl的氧化产物Al2O3和RuO2的氧化能都增加,氧化能差值(eV/O2)从大到小依次为Zr(0.29)>Ce(0.28)>Sn(0.22)>Sr(-0.49),其中,金属Zr合金化对提高RuAl抗氧化能力的效果最好.计算的氧间隙形成能和电荷密集数等结果显示,金属X原子对RuAl的合金化降低了RuAl中的O固溶度,从而导致RuAl中内氧化速度降低.结论 金属X原子对RuAl的合金化,阻碍RuAl表面的O向其内部扩散,障碍"内氧化"的生成条件,在RuAl表层界面的横向方向上容易形成连续、致密的Al2O3氧化层,提高RuAl的抗氧化性能.