Взаимодействие вакансий и атомов, образующих в альфа-железе растворы замещения

Abstract

альфа-железе с примесями Pd, Ti, V и Cr, располагающимися в первой – третьей координационных сферах вакансии. Энергия связи для Pd и Cr достигает 0,3 эВ, а для V и Cr составляет менее 0,1 эВ. При этом для атомов Pd и Cr она положительна и монотонно убывает по мере удаления от вакансии, а для Ti и V положительна в первой и третьей координационных сферах и отрицательна во второй. Разработана статистико-термодинамическая теория образования вакансий в разбавленных растворах замещения с учётом ближнего взаимодействия вакансий с растворёнными атомами. Расчёты показывают, что легирование железа палладием и титаном может приводить к многократному увеличению равновесной концентрации вакансий; эффект ванадия и хрома значительно слабее. The paper presents the results of ab initio calculations in WIEN2k package of binding energy of a vacancy in alpha iron with Pd, Ti, V and Cr impurity atoms located in the first, second and third spheres of coordination with respect to the vacancy. The binding energy reaches 0.3 eV for Pd and Cr being less than 0.1 eV for V and Cr. It is positive and monotonically decreases with increasing distance from the vacancy to Pd and Cr atoms, while for Ti and V atoms it is positive in the first and the third spheres of coordination and negative in the second sphere. A statistical and thermodynamic theory of vacancy formation in dilute substitutional solutions is proposed that takes into account the short-range interaction of vacancies with impurity atoms. Calculations show that palladium and titanium additions to  iron may lead to multiple increase of equilibrium vacancy concentration, while the effect of vanadium and chromium is much smaller.