Теоретична аналіза процесів фазоутворення в аморфних стопах системи Fe—Zr

І. В. Плющай$^{1}$, Т. Л. Цареградська$^{1}$, О. О. Каленик$^{1}$, О. І. Плющай$^{2}$

$^{1}$Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, 01601 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03680, МСП, Київ-142, Україна

Отримано: 30.05.2016. Завантажити: PDF

Аналізу фазових перетворень у системі Fe—Zr було проведено за допомогою ab initio молекулярної динаміки та термодинамічного підходу. Представлено першопринципне моделювання методою молекулярної динаміки процесів аморфізації та кристалізації у системі Fe—Zr. Положення атомів у надкомірці Fe$_{29}$Zr$_{3}$ моделювалися шляхом числового відпалу методою функціоналу густини в узагальненому ґрадієнтному наближенні. Обговорюються зміни густини електронних станів надкомірки Fe$_{29}$Zr$_{3}$ при рідинно—аморфно—кристалічному фазовому переході. Найбільш помітною відмінністю між електронними спектрами рідкої й аморфної фаз є поява псевдощілини на рівні Фермі, що корелює з електронним критерієм термостабільности аморфних металевих стопів Нагеля—Таука. Подальший відпал в ізотермічно/ізоентальпійному ансамблі при більш високих температурах приводить до різкої зміни електронного спектра та перегрупування атомів, що ми приписуємо першій стадії кристалізації аморфного стопу. В рамках термодинамічного підходу було побудовано концентраційну залежність відносної інтеґральної Ґіббсової вільної енергії для вихідної аморфної фази; ця залежність має специфічну S-подібну форму, що вказує на тенденцію стопів до фазового розшарування. Термодинамічна метода підтвердила, що процеси формування фаз у бінарних стопах системи Fe—Zr проходять у 2 етапи: спочатку відбуваються процеси фазового розшарування на дві аморфні фази за типом спинодального розпаду, потім – кристалізації кожної аморфної фази. Розрахована концентраційна область аморфізації бінарних стопів системи Fe—Zr добре узгоджується з експериментальними даними.

Ключові слова: фазові переходи, фазове розшарування, аморфні стопи, електронна структура, ab initio молекулярна динаміка, відносна інтеґральна Ґіббсова вільна енергія.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).