Abstract A method based on density functional theory was employed to calculate wetting angle between liquid zinc and two materials (γ-TiAl and Al2O3) for investigating their corrosion-resistant in zinc. According to different stacking sequences, three interface models of Zn (0001)/γ-TiAl (111) were established (a, b, c). By calculating the work of adhesion and interface energy, it is found that the interface model (c) has the largest work of adhesion and the smallest interface energy, indicating that the interface model (c) is likely to appear in the reality. On the above basis, the wetting angle of the interface model (c) was calculated as 116.0°.In addition, the wetting angle of Zn/Al2O3 interface was also calculated to be 132°. These calculated wetting angles are in good agreement with the experimental values, as verifying the reliability and accuracy of this calculation method. Furthermore, the partial density of the state was presented to discuss the bonding properties of the interface for revealing the microscopic mechanism of the wetting behavior. The non-orbital hybridization of Ti and Zn at the interface and the weak orbital overlap between Al-s and Zn-d may be the reasons for the large wetting angle of Zn(0001)/γ-TiAl(111). As a result, the large values of wetting angles indicate that both of γ-TiAl and Al2O3 possess good corrosion resistance in liquid zinc. This study may provide a new idea that the method of wetting angle calculation could be applied to design some new kinds of corrosion-resistant materials in liquid zinc for hot-dip galvanizing production line.

中文翻译：

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热镀锌耐蚀材料设计的润湿角计算方法

摘要 采用密度泛函理论计算锌液与两种材料（γ-TiAl和Al2O3）的润湿角，研究其在锌中的耐蚀性。根据不同的堆积顺序，建立了Zn（0001）/γ-TiAl（111）的三种界面模型（a，b，c）。通过计算粘附功和界面能，发现界面模型（c）的粘附功最大，界面能最小，说明界面模型（c）很可能出现在现实中。在此基础上，计算出界面模型(c)的润湿角为116.0°。此外，还计算出Zn/Al2O3界面的润湿角为132°。这些计算出的润湿角与实验值非常吻合，以验证该计算方法的可靠性和准确性。此外，提出了状态的局部密度以讨论界面的键合特性，以揭示润湿行为的微观机制。Ti和Zn在界面处的非轨道杂化以及Al-s和Zn-d之间的弱轨道重叠可能是Zn(0001)/γ-TiAl(111)的润湿角大的原因。因此，较大的润湿角值表明 γ-TiAl 和 Al2O3 在锌液中均具有良好的耐腐蚀性。本研究为将润湿角计算方法应用于热镀锌生产线设计一些新型的锌液耐腐蚀材料提供了新思路。提出状态的局部密度以讨论界面的键合特性，以揭示润湿行为的微观机制。Ti和Zn在界面处的非轨道杂化以及Al-s和Zn-d之间的弱轨道重叠可能是Zn(0001)/γ-TiAl(111)的润湿角大的原因。因此，较大的润湿角值表明 γ-TiAl 和 Al2O3 在锌液中均具有良好的耐腐蚀性。本研究为将润湿角计算方法应用于热镀锌生产线设计一些新型的锌液耐腐蚀材料提供了新思路。提出状态的部分密度以讨论界面的键合特性，以揭示润湿行为的微观机制。Ti和Zn在界面处的非轨道杂化以及Al-s和Zn-d之间的弱轨道重叠可能是Zn(0001)/γ-TiAl(111)的润湿角大的原因。因此，较大的润湿角值表明 γ-TiAl 和 Al2O3 在锌液中均具有良好的耐腐蚀性。本研究为将润湿角计算方法应用于热镀锌生产线设计一些新型的锌液耐腐蚀材料提供了新思路。Ti和Zn在界面处的非轨道杂化以及Al-s和Zn-d之间的弱轨道重叠可能是Zn(0001)/γ-TiAl(111)的润湿角大的原因。因此，较大的润湿角值表明 γ-TiAl 和 Al2O3 在锌液中均具有良好的耐腐蚀性。本研究为将润湿角计算方法应用于热镀锌生产线设计一些新型的锌液耐腐蚀材料提供了新思路。Ti和Zn在界面处的非轨道杂化以及Al-s和Zn-d之间的弱轨道重叠可能是Zn(0001)/γ-TiAl(111)的润湿角大的原因。因此，较大的润湿角值表明 γ-TiAl 和 Al2O3 在锌液中均具有良好的耐腐蚀性。本研究为将润湿角计算方法应用于热镀锌生产线设计一些新型的锌液耐腐蚀材料提供了新思路。