Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

Теоретический анализ процессов фазообразования в аморфных сплавах системы Fe—Zr

И. В. Плющай1, Т. Л. Цареградская1, А. А. Каленик1, А. И. Плющай2

1Киевский национальный университет имени Тараса Шевченка, ул. Владимирская, 64, 01601 Киев, Украина
2Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина

Получена: 30.05.2016. Скачать: PDF

Анализ фазовых превращений в системе Fe—Zr был проведён с помощью ab initio молекулярной динамики и термодинамического подхода. Представлено первопринципное моделирование методом молекулярной динамики процессов аморфизации и кристаллизации в системе Fe—Zr. Положения атомов в сверхъячейке Fe29Zr3 моделировались путём числового отжига методом функционала плотности в обобщённом градиентном приближении. Обсуждаются изменения плотности электронных состояний сверхъячейки Fe29Zr3 при жидкостно—аморфно—кристаллическом фазовом переходе. Наиболее заметным отличием между электронными спектрами жидкой и аморфной фаз является появление псевдощели на уровне Ферми, что коррелирует с электронным критерием термостабильности аморфных металлических сплавов Нагеля—Таука. Дальнейший отжиг в изотермично/изоэнтальпийном ансамбле при более высоких температурах приводит к резкому изменению электронного спектра и перегруппировке атомов, которую мы приписываем первой стадии кристаллизации аморфного сплава. В рамках термодинамического подхода была построена концентрационная зависимость относительной интегральной свободной энергии Гиббса для исходной аморфной фазы; эта зависимость имеет специфическую S-образную форму, что указывает на тенденцию сплавов к фазовому расслоению. Термодинамический метод подтвердил, что процессы формирования фаз в бинарных сплавах системы Fe—Zr проходят в 2 этапа: сначала происходят процессы фазового расслоения на две аморфные фазы по типу спинодального распада, затем – кристаллизации каждой аморфной фазы. Рассчитанная концентрационная область аморфизации бинарных сплавов системы Fe—Zr хорошо согласуется с экспериментальными данными.

Ключевые слова: фазовые переходы, фазовое расслоение, аморфные сплавы, электронная структура, ab initio молекулярная динамика, относительная интегральная свободная энергия Гиббса.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i09/1233.html

PACS: 61.43.Dq, 64.70.pe, 64.75.Nx, 71.15.Mb, 71.15.Pd, 71.20.Be, 71.23.Cq, 82.60.Lf


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. M. McDeavitt, D. P. Abraham, J. Y. Park, and D. D. Keiser, JOM, 49: 29 (1997). Crossref
  2. S. M. McDeavitt, D. P. Abraham, and J. Y. Park, J. Nucl. Mater., 257: 21 (1998). Crossref
  3. M. S. Granovsky and D. Arias, J. Nucl. Mater., 229: 29 (1996). Crossref
  4. F. Stein, G. Sauthoff, and M. Palm, J. Phase Equilibria, 23: 480 (2002). Crossref
  5. Г. Е. Абросимова, А. С. Аронин, Физика твёрдого тела, 40, № 10: 1768 (1998).
  6. J. P.Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 77: 3865 (1996). Crossref
  7. X. Gonzea, B. Amadond, P.-M. Angladee, J.-M. Beukena, F. Bottind, P. Boulangera, F. Brunevalq, D. Calistej, R. Caracasl, M. Côtéo, T. Deutschj, L. Genovesei, Ph. Ghosezk, M. Giantomassia, S. Goedeckerc, D. R. Hamannm, P. Hermetp, F. Jolletd, G. Jomardd, S. Lerouxd, M. Mancinid, S. Mazevetd, M. J. T. Oliveiraa, G. Onidab, Y. Pouillona, T. Rangela, G.-M. Rignanesea, D. Sangallib, R. Shaltafa, M. Torrentd, M. J. Verstraetea, G. Zerahd, and J. W. wanzigerf, Computer Phys. Comm., 180: 2582 (2009). Crossref
  8. H. B. Schlegel, J. Comput. Chem., 3: 214 (1982). Crossref
  9. K. V. Ashok, P. Modak, A. Svane, and N. E. Christensen, Phys. Rev. B, 83: 134205 (2011). Crossref
  10. S. R. Nagel, G. B. Fisher, G. Tauc, and B. G. Bardley, Phys. Rev. B, 13: 3284 (1976). Crossref
  11. O. I. Nakonechnaya, I. V. Plyushchai, M. P. Semen’ko, and N. I. Zakharenko, Physics of Metals and Metallography, 90, No. 5: 439 (2000).
  12. В. И. Лысов, Т. Л. Цареградская, О. В. Турков, Г. В. Саенко, В. В. Яриш, Журнал физической химии, 81, № 10: 1765 (2007).
  13. В. І. Лисов, Т. Л. Цареградська, О. В. Турков, Г. В. Саєнко, В. В. Яриш, Журнал фізичних досліджень, 12, № 3: 5 (2008).
  14. Ю. А. Куницкий, В. И. Лысов, Т. Л. Цареградская, В. Е. Федоров, О. В. Турков, Металлофиз. новейшие технол., 25, № 12: 1563 (2003).