Ab initio моделирование межфазной границы феррит/цементит

Abstract

Представлены результаты первопринципного моделирования межфазной границы феррит/цементит с ориентационным соотношением Исайчева. Периодичность и близкое расположение атомов в двух решетках (феррита и цементита) для данного ориентационного соотношения свидетельствует о том, что это поверхность имеет низкую энергию формирования. Построена структурная модель данной межфазной границы. Наилучшее сопряжение решеток обеспечивается, когда на границе находится плоскость (101)ц, состоящая из атомов железа в S-позициях. Суперячейка межфазной границы содержала 64 атома: 56 атомов железа (по 28 в цементитной и ферритной частях) и 8 атомов углерода. Проведено моделирование в рамках теории функционала плотности полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн с учетом обобщенного градиентного приближения в программном пакете WIEN2k. Определены оптимальные параметры моделирования данной системы и проведена объемная оптимизация структуры. Рассчитана энергия формирования межфазной границы феррит/цементит, которая оказалась равна 0,594 Дж/м2, что хорошо согласуется как с теоретическими, так и с экспериментальными данными. Наблюдается хорошая корреляция между значениями магнитного момента и межплоскостным расстоянием для атомов железа на межфазной границе. С уменьшением расстояния магнитный момент на атомах железа уменьшается. The article presents results of first-principles modelling of the ferrite/cementite interface with the Isaichev orientation relationship. Periodicity and close arrangement of the atoms in the two arrays (ferrite and cementite) for this orientation relationship indicates that the surface has low formation energy. Structural model of the interface was developed. The best conjugation of the two lattices is provided when the (101)c plane consisting of iron atoms in S-type positions is located at the interface. The supercell selected for ab initio modelling contained 64 atoms: 56 iron (28 in both ferrite and cementite parts) and 8 carbon atoms (in the cementite part). Simulation was performed in the framework of density functional theory method of the full-potential linearised augmented-plane wave with generalised gradient approximation in WIEN2k package. The optimum parameters of the system simulation were selected and volume optimization of structure was carried out. Calculated formation energy of ferrite/cementite interface is 0.594 J/m2, which is good agreement with both the theoretical and experimental data. There is a good correlation between the values of the magnetic moment and the interplanar distance for the iron atoms at the interface. Magnetic moment of iron atoms decreases with decreasing distance.