bcc结构下二元合金Fe-X(X=Cr,Co,Mo,W)低温低浓度下固溶软化行为的机制

摘要

采用第一性原理计算研究了体心立方（bcc）Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr, Co, Mo, W)低温低浓度下固溶软化行为的机制，发现低温低浓度下的固溶软化行为由双扭结形核控制,由溶质原子直接引起双扭结形核势垒降低为固溶软化的本征机制,而由溶质原子对间隙原子清除减少双扭结形核为固溶软化的外部机制.分别计算了bcc Fe的4种二元合金Fe-X(X=Cr, Co, Mo, W)中反映双扭结形核势垒的原子行位移(ARD)能和堆垛层错(GSF)能.计算结果表明,仅Cr可微弱降低ARD和GSF能,而Co, Mo, W均引起ARD和GSF能升高,因此,依据固溶软化的本征机制,仅Cr引起固溶软化,而Co, Mo, W均引起固溶强化. Cr, Mo, W与周围Fe原子均为反铁磁相互作用, Co与Fe为铁磁相互作用.尽管铁磁/反铁磁相互作用与价电子数(电子构型)具有一定相关性,双扭结形核势垒并不与价电子数(电子构型)明显相关.进一步的计算表明,双扭结形核势垒与其结合能呈现正相关关系, Cr与Fe结合能减弱，因此双扭结形核势垒降低,而Co, Mo, W与Fe结合能增强，因此双扭结形核势垒升高.而结合能并未表现出与原子半径、电子数(电子构型)的明显相关性,因此,双扭结形核势垒并不与原子半径、电子数(电子构型)明显相关.依据本征机制, Co, Mo, W与Fe的结合能增强引起双扭结形核势垒升高，因此为固溶强化,其二元合金低温低浓度下的固溶软化行为无法用本征机制解释,需要考虑外部机制(如间隙C原子的作用),而Cr二元合金的固溶软化行为可能为本征机制.

关键词

体心立方铁 / 二元合金 / 原子行位移能 / 堆垛层错能 / 固溶软化