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铝合金材料用于海洋工程结构时需要进行表面处理以抵御海水的腐蚀性。综合考虑环境污染、生产效率、使用效果等因素,钛化学转化处理最具应用前景。TiO2是钛化学转化膜的一个重要成分,其与基体界面的结合以及对环境中特定粒子的吸附是衡量其耐腐蚀性的重要方面。本文采用第一性原理方法系统研究了Al和TiO2块体及各低指数表面的稳定性及电子结构特征、Al(111)/TiO2(110)界面结合性能及结合机理、Cl原子和O原子在TiO2(110)表面的吸附性能。对Al和TiO2块体及各低指数表面的研究显示Al的最稳定表面是(111)表面,其表面能为0.763 J/m2,TiO2最稳定表面是(110)表面,其表面能为0.572 J/m2,该表面的Ti、O原子键具有更强的结合。由于表层原子悬空键的影响,Al和TiO2表层原子均比内层原子具有更活泼的性质。对Al(111)/TiO2(110)界面结合性能及结合机理的研究显示Al(111)/Ti O2(110)界面可以稳定形成,形成界面时TiO2片层内Ti-O配位结构发生旋转和扭曲,使界面层O原子得以靠近Al片层成键。界面区域的Al原子和O原子的结合可产生5种稳定的Al-O配位结构,并直接影响界面结合强度,最大界面分离功为21.8J/m2。电子结构分析显示界面上Al原子和O原子成键具有较强的离子性,随着Al原子周围的成键O原子数量增加,Al原子态密度在成键区积分数值增大,电子集中分布于较低能级,Al-O键结合增强,界面分离功增大,界面结合作用增强。这一结果显示出TiO2作为钛转化膜底层重要成分与铝良好的结合特性。对Cl原子和O原子在TiO2(110)表面吸附性能的研究显示,Cl原子在TiO2(110)表面的最稳定吸附位是Ti顶位,其吸附能为-1.055 eV;O原子在TiO2(110)表面的最稳定吸附位置是Ti桥位,其吸附能为-3.783 eV。Cl原子、O原子在含空位缺陷的TiO2(110)表面的吸附能低于在完整表面的吸附能,其中O原子的吸附能更低。因此,在同时存在Cl原子和O原子的环境中,无论表面是否存在空位缺陷,O原子总是在表面优先吸附。而减少钛转化膜表面的空位缺陷将有助于提高转化膜的抗腐蚀能力。