Electronic characteristic, tensile cracking behavior and potential energy surface of TiC(111)/Ti(0001) interface: A first‑principles study

材料科学 涂层 表面能 复合材料 粘结强度 极限抗拉强度 粘附 碳化钛 合金 共价键 基质(水族馆) 碳化物 图层(电子) 胶粘剂 海洋学 物理 量子力学 地质学
作者
Silong Zhang,J. Y. Wang,Lixiang Rao,Qizhen He,Xiaolei Xing,Yefei Zhou,Qingxiang Yang
出处
期刊:Chinese Journal of Aeronautics [Elsevier BV]
卷期号:36 (9): 451-463 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cja.2023.07.016
摘要

The preparation of TiC coating on Ti alloy surface to improve the wear resistance has attracted attention from researchers in aerospace field. The service life of TiC coating is related to the interfacial adhesion properties between TiC coating and Ti alloy substrate. However, it is difficult to explain its interfacial adhesion mechanism by experimental methods. Based on the termination of atoms on the TiC surface, two TiC/Ti interface models named as the C-terminated-TiC(111)/Ti(0001) and Ti-terminated-TiC(111)/Ti(0001) interface were constructed by first-principles. The interfacial electronic characteristic of C—Ti bond is a mixture of polar covalent and metal bonds, and that of Ti—Ti bond is the metal bond. The tensile strains of both C-terminated-TiC(111)/Ti(0001) and Ti-terminated-TiC(111)/Ti(0001) interface in the fracture stage are ranged from 12% to 14%. Their maximum tensile stresses are 16.201 GPa and 15.590 GPa, respectively. The sliding potential energy surface maximum of C-terminated-TiC(111)/Ti(0001) and Ti-terminated-TiC(111)/Ti(0001) interface are 5.387 J/m2 and 0.271 J/m2, respectively. And the sliding potential barriers on the minimum energy path are 2.094 J/m2 and 0.136 J/m2 with an ideal shear strength of 20.32 GPa and 1.61 GPa, respectively. In summary, the interfacial adhesion property of C-terminated-TiC(111)/Ti(0001) interface is better than that of Ti-terminated-TiC(111)/Ti(0001) interface.
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