DFT моделирование взаимодействия водорода с вакансией в ОЦК-железе

Автор: Верховых Анастасия Владимировна, Мирзоев Александр Аминулаевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика @vestnik-susu-mmph

Рубрика: Физика

Статья в выпуске: 1 т.7, 2015 года.

Бесплатный доступ

Впервые представлены результаты первопринципного моделирования взаимодействия атома водорода с вакансией ОЦК-железа в парамагнитном состоянии, которое сопоставляется с аналогичной величиной в магнитоупорядоченном ферромагнитном состоянии. Показано, что расстояния между атомом водорода и соответствующей октапорой для ферромагнитного и парамагнитного состояния оказываются одинаковыми и составляют 0,23 Å. Энергия связи комплекса водород-вакансия составила 0,60 и 0,27 для ферромагнитного и парамагнитного ОЦК-железа, соответственно.

Расчеты из первых принципов, оцк-железо, водород, вакансия, энергия связи

Короткий адрес: https://readera.org/147158848

IDR: 147158848

Список литературы DFT моделирование взаимодействия водорода с вакансией в ОЦК-железе

  • Водород в металлах/Под ред. Г. Алефельда и И. Фёлькля; пер. с англ. -М.: Мир, 1981. -Т. 1. -480 c.; Т. 2. -432 с.
  • Hydrogen in Metals III: Properties and Applications/под ред. H. Wipf. (Topics in Applied Physics. Vol. 73.) -Berlin et al.: Springer-Verlag, 1997. -350 p.
  • Hirth, J.P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel/J.P. Hirth//Met. Trans. -1980. -Vol. 11A, № 6. -P. 861-890.
  • Borchers, C. Effect of Hydrogen on the Mechanical Properties of Stainless Steels/C. Borchers, T. Michler, A. Pundt//Advanced Engineering Materials. -2008. -Vol. 10, № 1-2. -P. 11-23.
  • Pressouyre, G.M. A quantitative analysis of hydrogen trapping/G.M. Pressouyre, I.M. Bernstein//Met. Trans. -1978. -Vol. 9A, № 11. -P. 1571-1580.
  • The role of traps in the microstructural control of hydrogen embrittlement of steels: Hydrogen degradation of ferrous alloys/I.M. Bernstein, G.M. Pressouyre; под ред. R.A. Oriani, J.P. Hirth and M. Śmiałowski. -Park Ridge, N.J.: Noyes Publications, 1985. -P. 641-685.
  • Besenbacher, F. Multiple Hydrogen Occupancy of Vacancies in Fe./F. Besenbacher, S.M. Myers, P. Nordlander, J.K. Nørskov//J. Appl. Phys. -1987. -Vol. 61, № 5. -P. 1788-1794.
  • Theory of hydrogen solubility in binary iron alloys based on ab initio calculation results/D.A. Mirzaev, A.A. Mirzoev, K.Yu. Okishev, M.S. Rakitin//Molec. Phys. -2012. -Vol. 110, № 11-12. -P. 1299-1304.
  • Hydrogen trapping in iron and steels: Hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking/R. Gibala, A.J. Kumnick; под ред. R. Gibala, R.F. Hehemann//Proceedings of a troiano festschrift symposium. -Ohio: ASM, 1984.
  • Myers, S.M. Defect Trapping of Ion-Implanted Deuterium in Fe/S.M. Myers, S.T. Picraux, R.E. Stolz//J. Appl. Phys. -1979. -Vol. 50, № 9. -P. 5710-5719.
  • Hydrogen-induced equilibrium vacancies in fcc iron-base alloys/V.G. Gavriljuk, V.N. Bugaev, Yu.N. Petrov et al.//Scripta Mat. -1996. -Vol. 34, № 6. -P. 903-907.
  • Fukai, Y. Formation of Superabundant Vacancies in M-H Alloys and Some of Its Consequences: A Review/Y. Fukai//Journal of Alloys and Compounds. -2003. -Vol. 356-357. -P. 263-269.
  • Mao, J. Thermodynamics of Hydrogen and Vacancies in Metals (PhD thesis)/J. Mao. -Houston, 2002.
  • Fukai, Y. Evidence of Copious Vacancy Formation in Ni and Pd Under a High Hydrogen Pressure./Y. Fukai, N. Okuma//Japanese J. Appl. Phys. -1993. -Vol. 32. -pt. 2. -№ 9A. -P. L1256-L1259.
  • Iwamoto, M. Superabundant Vacancy Formation in Iron Under High Hydrogen Pressures: Thermal Desorption Spectroscopy/M. Iwamoto, Y. Fukai//Mat. Tran. JIM. -1999. -Vol. 40. -№ 7. -P. 606-611.
  • Tateyama, Y. Stability and Clusterization of Hydrogen-Vacancy Complexes in α-Fe: An ab Initio Study/Y. Tateyama, T. Ohno//Phys. Rev. B. -2003. -Vol. 67. -P. 174105.
  • Hayward, E. Interplay between hydrogen and vacancies in α-Fe/E. Hayward, C.-C. Fu//Phys. Rev. B. -2013 -Vol. 87. -P. 174103.
  • Jiang, D.E. Diffusion of Interstitial Hydrogen into and Through Bcc Fe from First Principles/D.E. Jiang, E.A. Carter//Phys. Rev. B. -2004. -Vol. 70. -P. 064102.
  • The location of a hydrogen atom and hydrogen molecules in BCC Fe: an ASED-MO approach/B. Irigoyen, R. Ferullo, N. Castellani, A. Juan//Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. -1995. -Vol. 3. -P. 319-330.
  • Hydrogen in α-iron: Stress and diffusion/J. Sanchez, J. Fullea, C. Andrade, P.L. de Andres//Phys. Rev. B. -2008. -Vol. 78. -P. 014113.
  • Configuration and binding energy of multiple hydrogen atoms trapped in monovacancy in bcc transition metals/K. Ohsawa, K. Eguchi, H. Watanabe et al.//Phys. Rev. B. -2012. -Vol. 85. -P. 094102.
  • Hayward, E. Multiple hydrogen trapping at monovacancies/E. Hayward, B. Beeler, C. Deo//Philos. Mag. Lett. -2012. -Vol. 92. -P. 217-225.
  • Counts, W.A. First-Principles Energetic of Hydrogen Traps in α-Fe: Point Defects/W.A. Counts, C. Wolverton, R. Gibala//Acta Materialia. -2010. -Vol. 58. -P. 4730-4741.
  • Magnetism and Local Distortions near Carbon Impurity in γ-Iron/D.W. Boukhvalov, Yu.N. Gornostyrev, M.I. Katsnelson, A.I. Lichtenstein//Phys. Rev. Lett. -2007. -Vol. 99 -P. 247205.
  • Dependence of vacancy-solute interactions on magnetic state in dilute iron-based alloys/O.I. Gorbatov, P.A. Korzhavyi, A.V. Ruban, Y.N. Gornostyrev//Solid State Phenomena. -2011. -Vol. 172-174. -P. 979-984.
  • Ponomareva, A.V. Ab initio calculation of the solution enthalpies of substitutional and interstitial impurities in paramagnetic fcc Fe/A.V. Ponomareva, Yu.N. Gornostyrev, I.A. Abrikosov//Phys. Rev. B. -2014. -Vol. 90. -P. 014439.
  • Hydrogen-vacancy interaction in bcc iron: ab initio calculations and thermodynamics/D.A. Mirzaev, A.A. Mirzoev, K.Yu. Okishev, A.V. Verkhovykh//Mol. Phys. -2014. -Vol. 112. -P. 1745-1754.
  • http://supercomputer.susu.ac.ru/computers/tornado/
  • Урсаева, А.В. Выбор оптимальных параметров для построения максимально точной модели ОЦК-железа/А.В. Урсаева, Г.Е. Рузанова, А.А. Мирзоев//Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». -2010. -Вып. 2. -№ 9(185). -С. 97-101.
  • The lattice parameters of austenite and ferrite in Fe-C as functions of carbon concentration and temperature/M. Onink, C.M. Brakman, F.D. Tichelaar et al.//Scripta Metallurgica Et Materialia. -1993. -Vol. 29, № 8. -P. 1011-1016.
  • Atomic Defects in Metals/by ed. H.Ullmaier (Landolt-Börnstein New Series, III/25.) -Berlin, Springer-Verlag, 1991. -509 p.
  • Ohnuma, T. First-Principles Calculations of Vacancy-Solute Element Interactions in Body-Centered Cubic Iron/T. Ohnuma, N. Soneda, M. Iwasawa//Acta Materialia. -2009. -Vol. 57, № 20. -P. 5947-5955.
  • Hydrogen Interactions with Defects in Crystalline Solids/S.M. Myers, M.I. Baskes, H.K. Birnbaum et al.//Reviews of Modern Physics. -1992. -Vol. 64, № 2. -P. 559-617.
  • Deyanov, R.Z. ODSS (Ordered-Disordered-Solid-Solution). Ver. 1. BINAR. A Program for Calculation of Disordered Supercells for Modelling of Substitutional Solid Solutions/R.Z. Deyanov, N.N. Eremin, V.S. Urusov. -Moscow, 2006-2007. (in Russ.)
  • High temperature positron annihilation experiments in BCC metals/K. Maier, H. Metz, D. Herlach, H.E. Schaefer//Journal of Nuclear Materials. -1978. -Vol. 69-70. -P. 589-592.
  • Vacancy Formation in Iron Investigated by Positron Annihilation in Thermal Equilibrium/H.-E. Schaefer, K. Maier, M. Weller et al.//Scripta Metallurgica. -1977. -Vol. 11, № 9. -P. 803-809.
  • Kim, S. Vacancy Formation Energy in Iron by Positron Annihilation./S. Kim, W.J.L. Buyers//Journal of Physics F: Metal Physics. -1978. -Vol. 8, no. 5. -P. L103-L108.
  • Matter, H. Phase Transformations and Vacancy Formation Energies of Transition Metals by Positron Annihilation/H. Matter, J. Winter, W. Triftshäuser//Appl. Phys. -1979. -Vol. 20. -P. 135-140.
  • Positron Annihilation on Pure and Carbon-Doped α-Iron in Thermal Equilibrium/L. De Schepper, D. Segers, L. Dorikens-Vanpraet et al.//Phys. Rev. B. -1983. -Vol. 27, № 9. -P. 5257-5269.
Еще
Статья научная