ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ КРЕМНИЕМ НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ, МАГНИТНЫЕ И УПРУГИЕ СВОЙСТВА ОЦК-СПЛАВОВ Fe–Cr
- Авторы: Пономарева А.В.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
- Выпуск: Том 165, № 3 (2024)
- Страницы: 410-423
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/256500
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451024030118
- ID: 256500
Цитировать
Аннотация
В рамках теории функционала электронной плотности выполнено исследование влияния легирования Si на магнитные и упругие свойства, а также термодинамическую стабильность при T = 0 K ферромаг нитных твердых растворов Fe–Cr в ОЦК-структуре. Выполнены расчеты параметров решетки, энтальпии смешения, упругих констант, объемных модулей, модулей Юнга и сдвига неупорядоченных бинарных Fe–Cr и тройных Fe–Cr–Si-сплавов, содержащих 2.3 и 4.7 ат.% Si. Получены эффективные химические взаимодействия конфигурационного гамильтониана, магнитные характеристики и обменные взаимодей ствия гамильтониана Гейзенберга. Проведен сравнительный анализ всех полученных свойств для тройных Fe–Cr–Si-сплавов с соответствующими значениями бинарных Fe–Cr-сплавов. Обнаружено, что добавле ние 2.3 ат.% Si увеличивает термодинамическую стабильность Fe–Cr-сплавов, этот эффект усиливается при увеличении концентрации кремния до 4.7 ат.%. Показано, что этот результат обусловлен химически ми взаимодействиями Fe–Si и Cr–Si в дополнение к магнитным взаимодействиям Fe–Cr, которые опреде ляют стабильность разбавленных двойных сплавов. Продемонстрировано, что при добавлении кремния наблюдается увеличение упругой константы C44, значения констант C11, C12 и модулей упругости близ ки соответствующим значениям двойных Fe–Cr-сплавов. Анализ концентрационных зависимостей пара метра пластичности G/B и карт распределения разностной зарядовой плотности позволил установить корреляции между изменением соотношения компонент атомной связи и свойствами сплавов.
Об авторах
А. В. Пономарева
Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Email: alena.ponomareva@misis.ru
Москва, Россия
Список литературы
- A. A. F. Tavassoli, J. Nucl. Mater. 258–263, 85 (1998).
- K. L. Murty and I. Charit, J. Nucl. Mater. 383, 189 (2008).
- P. Olsson, I. A. Abrikosov, L. Vitos, and J. Wallenius, J. Nucl. Mater. 321, 84 (2003).
- P. Olsson, I. A. Abrikosov, and J. Wallenius, Phys. Rev. B 73, 104416 (2006).
- T. P. C. Klaver, R. Drautz, and M. W. Finnis, Phys. Rev. B 74, 094435 (2006).
- M. Yu. Lavrentiev, R. Drautz, D. Nguyen-Manh, T. P. C. Klaver, and S. L. Dudarev, Phys. Rev. B 75, 014208 (2007).
- P. A. Korzhavyi, A. V. Ruban, J. Odqvist, J.-O. Nilsson, and B. Johansson, Phys. Rev. B 79, 054202 (2009).
- J. S. Wr´obel, M. R. Zem�la, D. Nguyen-Manh, P. Olsson, L. Messina, C. Domain, T. Wejrzanowski, and S. L. Dudarev, Comput. Mater. Sci. 194, 110435 (2021).
- P. Olsson, C. Domain, and J. Wallenius, Phys. Rev. B 75, 014110 (2007).
- L. Messina, T. Schuler, M. Nastar, M.-C. Marinica, and P. Olsson, Acta Mater. 191, 166 (2020).
- A. V. Ponomareva, A. V. Ruban, B. O. Mukhamedov, and I. A. Abrikosov, Acta Mater. 150, 117 (2018).
- I. K. Razumov and Yu. N. Gornostyrev, Phys. Met. Metallogr. 122, 1031 (2021).
- X. Li, X. Li, S. Sch¨onecker, R. Li, J. Zhao, and L. Vitos, Mater Des. 146, 260 (2018).
- H. Zhang, M. P. J. Punkkinen, B. Johansson, S. Hertzman, and L. Vitos, Phys. Rev. B 81, 184105 (2010).
- J. Xu, J. Zhao, P. Korzhavyi, and B. Johansson, Comput. Mater. Sci. 84, 301 (2014).
- V. I. Razumovskiy, A. V. Ruban, and P. A. Korzhavyi, Phys. Rev. B 84, 024106 (2011).
- J. S. Wr´obel, D. Nguyen-Manh, M. Yu. Lavrentiev, M. Muzyk, and S. L. Dudarev, Phys. Rev. B 91, 024108 (2015).
- A. V. Ponomareva, M. P. Belov, E. A. Smirnova, K. V. Karavaev, K. Sidnov, B. O. Mukhamedov, and I. A. Abrikosov, Phys. Rev. Mater. 4, 094406 (2020).
- W. Li, C. Xu, K. Chen, L. Liu, H. Yang, Q. Cheng, and M. Zeng, Coatings 12, 1588 (2022).
- R. Idczak, R. Konieczny, T. Pikula, and Z. Surowiec, Corrosion 75, 680 (2019).
- A. M. Huntz, V. Bague, G. Beaupl´e, C. Haut, C. S´ev´erac, P. Lecour, X. Longaygue, and F. Ropital, Appl. Surf. Sci. 207, 255 (2003).
- S. Paul, M. Muralles, D. Schwen, M. Short, and K. Momeni, J. Phys. Chem. C 125, 22863 (2021).
- G. Kresse and D. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).
- P. E. Bl¨ochl, Phys. Rev. B 50, 17953 (1994).
- G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47, 558 (1993).
- G. Kresse and J. Furthmu¨ller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
- G. Kresse and J. Furthmu¨ller, Comput. Mater. Sci. 6, 15 (1996).
- L. Vitos, Computational Quantum Mechanics for Materials Engineers, Springer-Verlag, London (2007).
- L. Vitos, I. A. Abrikosov, and B. Johansson, Phys. Rev. Lett. 87, 156401 (2001).
- A. Zunger, S.-H. Wei, L. G. Ferreira, and J. E. Bernard, Phys. Rev. Lett. 65, 353 (1990).
- H. J. Monkhorst and J. D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).
- J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
- J. von Pezold, A. Dick, M. Fri`ak, and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 81, 094203 (2010).
- R. Hill, Proc. Phys. Soc. A 65, 349 (1952).
- J. Kollar, L. Vitos, and H. L. Skriver, Electronic Structure and Physical Properies of Solids, Springer, Berlin, Heidelberg (2000).
- A. V. Ruban and H. L. Skriver, Phys. Rev. B 66, 024201 (2002).
- A. V. Ruban, S. Shallcross, S. I. Simak, and H. L. Skriver, Phys. Rev. B 70, 125115 (2004).
- O. E. Peil, A. V. Ruban, and B. Johansson, Phys. Rev. B 85, 165140 (2012).
- R. F. W. Bader, Acc. Chem. Res. 18, 9 (1985).
- E. Sanville, S. D. Kenny, R. Smith, and G. Henkelman, J. Comput. Chem. 28, 899 (2007).
- A. V. Ruban and M. Dehghani, Phys. Rev. B 94, 104111 (2016).
- C. Wolverton and D. de Fontaine, Phys. Rev. B 49, 8627 (1994).
- R. Idczak, R. Konieczny, and J. Chojcan, Acta Phys. Pol. A 129, 367 (2016).
- J. M. Cowley, J. Appl. Phys. 21, 24 (1950).
- A. V. Ponomareva, A. V. Ruban, O. Yu. Vekilova, S. I. Simak, and I. A. Abrikosov, Phys. Rev. B 84, 094422 (2011).
- F. Ducastelle and F. Gautier, J. Phys. F 6, 2039 (1976).
- I. Mirebeau, M. Hennion, and G. Parette, Phys. Rev. Lett. 53, 687 (1984).
- R. Idczak, R. Konieczny, and J. Chojcan, Sol. St. Commun. 159, 22 (2013).
- O. I. Gorbatov, Y. N. Gornostyrev, A. R. Kuznetsov, and A. V. Ruban, Sol. St. Phenom. 172–174, 618 (2011).
- A. L. Sutton and W. Hume-Rothery, Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci. 46, 1295 (1955).
- G. D. Preston, Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci. 13, 419 (1932).
- M. Ropo, K. Kokko, and L. Vitos, Phys. Rev. B 77, 195445 (2008).
- E. P. Elsukov, G. N. Konygin, V. A. Barinov, and E. V. Voronina, J. Phys.: Condens. Matter 4, 7597 (1992).
- V. Niculescu, T. Litrenta, K. Raj, T. J. Burch, and J. I. Budnick, J. Phys. Soc. Jpn 42, 1538 (1977).
- A. I. Liechtenstein, M. I. Katsnelson, V. P. Antropov, and V. A. Gubanov, J. Magn. Magn. Mater. 67, 65 (1987).
- M. Rahaman, B. Johansson, and A. V. Ruban, Phys. Rev. B 89, 064103 (2014).
- G. R. Speich, A. J. Schwoeble, and W. C. Leslie, Metallurg. Trans. 3, 2031 (1972).
- F. Mouhat and F.-X. Coudert, Phys. Rev. B 90, 224104 (2014).
- S. F. Pugh, Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci. 45, 823 (1954).
- J. Lee, T. Kim, I. S. Hwang, R. G. Ballinger, and J. H. Kim, in Proc. Int. Atomic Energy Agency, Division of Nuclear Power, Nuclear Power Technology Section, Vienna, Austria, (2017), p.1.
- R. Idczak, R. Konieczny, T. Pikula, and Z. Surowiec, Corrosion 75, 680 (2019).