Cr在α-Fe(C)中对C扩散影响的第一性原理研究

• 作者: 王辉 苏福永 刘文丽 温治
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 关键词: 第一性原理 相互作用 扩散
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 矿业工程? 冶金工程? 环境工程? 化学与化学工程? 材料科学与工程|Mining Engineering, Metallurgical Engineering, Environmental Engineering,Chemistry and Chemical Engineering, Materials Science and Engineering
• 页码范围: 4262-4270
• 页数: 9页
• 分类号: TG151
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.007

摘要

为了研究Cr原子加入α-Fe(C)中对C原子扩散的影响,基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理方法,采用广义梯度近似(GGA)下的PBE泛函形式和攀升图像微扰弹性带(CI-NEB)方法,首先分析Cr原子和C原子在α-Fe中的占位;其次,通过体系的分波态密度图和bader电荷布局分析α-Fe(C)-Cr体系的电子结构;最后,计算在α-Fe(C)-Cr体系中C原子位于Cr原子不同近邻位置时的相互作用以及C原子在α-Fe(C)和α-Fe(C)-Cr这2种体系中的扩散激活能.研究结果表明:Cr原子在α-Fe中占据体心位置和顶角位置时晶胞体积变化率无明显差别,Cr原子在α-Fe中占位无明显偏向性;C原子在α-Fe中占据八面体位置;Cr在α-Fe内与C原子的键合作用较弱,与Fe原子的键合作用较强,增强了晶胞稳定性;在α-Fe(C)-Cr体系中,Cr和C之间相互排斥,随着距离增加其相互作用能越来越弱,并在距离超过1.75aα-Fe时趋于0;Cr原子加入α-Fe(C)后,当C原子朝着远离Cr原子的方向扩散时,Cr原子与C原子之间的相互作用降低了其扩散激活能,且随着C-Cr间距离增加,扩散激活能逐渐趋于α-Fe(C)体系中C原子的扩散激活能.