不同元素掺杂对氯离子在TiO₂膜扩散的影响研究

周娴^1,2,3，岳有成^1,2,3，王劲松²，包崇军^1,3，张正富²

1. 昆明冶金研究院有限公司2. 昆明理工大学3. 共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室

摘 要：通过过渡态计算软件CINEB模拟了不同元素掺杂到金红石型TiO₂膜后,氯离子在TiO₂膜的扩散路径和对扩散势垒的影响。结果表明,TiO₂膜中扩散路径A具有更大的孔洞,钛和氯离子吸附性较弱,使氯离子扩散势垒较小,因此氯离子在路径A中更容易扩散。Al元素掺杂后铝原子失去电子转移到邻近的氧,氯离子和氧离子间存在较强的排斥作用,导致晶体结构畸变,有效阻碍氯离子扩散,提高耐腐蚀性能。Mo元素掺杂后,Mo的3d轨道与Cl的2p轨道有较强的杂化作用,Mo和Cl之间有较强吸附作用,使得氯离子很难脱离,因此提高材料的耐蚀性。Al、Zr、Mo、Nb的扩散势垒较高,对提高钛合金的耐腐蚀性能有显著作用。通过实验验证了Ti-5.5Al-3.0Zr-2.0Sn-0.8Mo-1.5Nb合金的自腐蚀电流最小,耐腐蚀性能最好,与计算结果一致。

关键词：腐蚀;TiO₂膜;氯离子;扩散势垒;