OSOBENNOSTI OBRAZOVANIYa PRIMESNYKh DEFEKTOV V α-Ti I α2-Ti3Al

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом проекционных присоединенных волн рассчитаны энергии образования дефектов внедрения и замещения, заселенности орбиталей Гамильтона, локализация электронов, объем Вороного и другие характеристики α-Ti и α2-Ti3Al. Показано, что металлические примеси предпочитают занимать междоузельные позиции с низкой локализацией электронов. Энергетически предпочтительной позицией внедрения в α-Ti для большинства примесей является краудион между атомами Ti, расположенными в смежных плоскостях (0001), тогда как в α2-Ti3Al сплаве — гексаэдрическая позиция в центре титанового треугольника. Их предпочтительность обусловлена в основном химическим вкладом в энергию образования дефекта. В целом наличие алюминия в сплаве приводит к повышению энергии образования дефектов. В α-Ti энергия замещения для 3d-металлов середины ряда лишь на 0.13–0.67 эВ ниже, чем энергия внедрения в краудион, тогда как для металлов IIIA группы эта разница существенно выше (2.60–3.13 эВ). Напротив, заселенность орбиталей Гамильтона для переходных металлов середины 3d-периода является максимальной и составляет 3.9–4.7 эВ. Подобная тенденция характерна и для α2-Ti3Al: меньшая разница в энергии образования дефектов замещения и внедрения, более прочная связь примеси в позиции внедрения. Локализация электронов повышается вблизи примесей простых металлов, что свидетельствует о повышении ковалентного вклада в механизм их химической связи в позициях внедрения.

References

  1. R. G. Hennig, D. R. Trinkle, J. Bouchet et al., Nat. Mater. 4, 129 (2005).
  2. G. Lu¨tjering and J. C. Williams, Titanium (2nd ed.), Springer, Berlin (2007).
  3. C. Leyens and M. Peters, Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications, Wiley–VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2003).
  4. W. Sha and S. Maliov, Titanium Alloys: Modelling of Microstructure, Properties and Applications, CRC Press, Boca Raton (2009).
  5. T. Heumann, Diffusion in Metallen: Grundlagen, Theorie, Vorgange in Reinmetallen und Legierungen, Springer-Verlag, Berlin (1992).
  6. H. Mehrer, Diffusion in Solids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes, Springer, Berlin (2007).
  7. H. Nakajima, M. Koiwa, and S. Ono, Scr. Metall. 17, 1431 (1983).
  8. H. Nakajima, M. Koiwa, Y. Minonishi et al., Trans. Jpn. Inst. Met. 24, 655 (1983).
  9. H. Nakajima and M. Koiwa, in Proc. 5th Int. Conf. on Titanium, vol. 3 (Munich, 1984), Deutsche Gesellschaft fu¨r Metallkunde, Oberursal (1985), p. 1759.
  10. M. K¨oppers, Chr. Herzig, M. Friesel et al., Acta Mater. 45, 4181 (1997).
  11. M. K¨oppers, D. Derdau, M. Friesel et al., Def. Diffus. Forum 143, 43 (1997).
  12. R. A. Perez, F. Dyment, Hj. Matzke et al., J. Nucl. Mater. 217, 48 (1994).
  13. R. A. Perez, F. Dyment, G. Garc´ıa Bermu´dez et al., J. Nucl. Mater. 207, 221 (1993).
  14. J. H. R. dos Santos, P. F. P. Fichtner, M. Behar et al., Appl. Phys. A 58, 453 (1994).
  15. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
  16. M. J. Gillan, J. Phys. C: Solid State Phys. 20, 3621 (1987).
  17. H. H. Wu and D. R. Trinkle, Phys. Rev. Lett. 107, 045504 (2011).
  18. P. Zhang, J. Zhao, and B. Wen, J. Nucl. Mater. 423, 164 (2012).
  19. A. O’Hara and A. A. Demkov, Appl. Phys. Lett. 104, 211909 (2014).
  20. K. Klyukin, M. G. Shelyapina, and D. Fruchart, J. Alloys Compd. 644, 371 (2015).
  21. H. H. Wu, P. Wisesa, and D. R. Trinkle, Phys. Rev. B 94, 014307 (2016).
  22. A. V. Bakulin, T. I. Spiridonova, S. E. Kulkova et al., Int. J. Hydrogen Energy 41, 9108 (2016).
  23. M. David and D. Conn´etable, J. Phys.: Condens. Matter 29, 455703 (2017).
  24. D. Conn´etable and M. David, J. Alloys Compd. 772, 280 (2019).
  25. А. В. Бакулин, А. М. Латышев, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 152, 164 (2017).
  26. А. В. Бакулин, С. С. Кульков, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 157, 688 (2020).
  27. S. E. Kulkova, A. V. Bakulin, and S. S. Kulkov, Latv. J. Phys. Tech. Sci. 55, 20 (2018).
  28. D. Conn´etable, A. Prillieux, C. Thenot et al., J. Phys.: Condens. Matter 32, 175702 (2020).
  29. E. Epifano and G. Hug, Comput. Mater. Sci. 174, 109475 (2020).
  30. A. V. Bakulin, S. S. Kulkov, and S. E. Kulkova, Intermetallics 137, 107281 (2021).
  31. С. С. Кульков, А. В. Бакулин, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 146, 594 (2014).
  32. D. Conn´etable, Int. J. Hydrogen Energy 44, 32307 (2019).
  33. A. V. Bakulin, A. S. Kulkov, and S. E. Kulkova, Int. J. Hydrogen Energy 48, 232 (2023).
  34. L. Scotti and A. Mottura, J. Chem. Phys. 142, 204308 (2015).
  35. W. W. Xu, S. L. Shang, B. C. Zhou et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 16870 (2016).
  36. L. J. Zhang, Z. Y. Chen, Q. M. Hu et al., J. Alloys Compd. 740, 156 (2018).
  37. Н. Д. Горев, А. В. Бакулин, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 165, 807 (2024).
  38. P. E. Bl¨ochl, Phys. Rev. B 50, 17953 (1994).
  39. G. Kresse and D. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).
  40. G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47, 558 (1993).
  41. G. Kresse and J. Furthmu¨ller, Comput. Mat. Sci. 6, 15 (1996).
  42. G. Kresse and J. Furthmu¨ller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
  43. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  44. R. M. Wood, Proc. Phys. Soc. 80, 783 (1962).
  45. P. Villars and L. D. Calvert, Pearson’s Handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases, 2nd ed., ASM International, Materials Park, Ohio (1991).
  46. A. Y. Lozovoi, A. T. Paxton, and M. W. Finnis, Phys. Rev. B 74, 155416 (2006).
  47. R. Dronskowski and P. E. Bl¨ochl, J. Phys. Chem. 97, 8617 (1993).
  48. S. Maintz, V. L. Deringer, A. L. Tchougr´eeff et al., J. Comput. Chem. 34, 2557 (2013).
  49. S. Maintz, V. L. Deringer, A. L. Tchougr´eeff et al., J. Comput. Chem. 37, 1030 (2016).
  50. T. A. Manz and N. G. Limas, RSC Adv. 6, 47771 (2016).
  51. N. G. Limas and T. A. Manz, RSC Adv. 6, 45727 (2016).
  52. B. Silvi and A. Savin, Nature 371, 683 (1994).
  53. Y. Koizumi, M. Kishimoto, Y. Minamino et al., Philos. Mag. 88, 2991 (2008).
  54. Y. Mishin and Chr. Herzig, Acta Mater. 48, 589 (2000).
  55. A. Savin, R. Nesper, S. Wengert et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 36, 1808 (1997).
  56. K. Tanaka, K. Okamoto, H. Inui et al., Phil. Mag. A 73, 1475 (1996).
  57. J. W. Flowers Jr., K. C. O’Brien, and P. C. McEleney, J. Less-Common Met. 7, 393 (1964).
  58. S. S. Kulkov, A. V. Bakulin, S. E. Kulkova, Int. J. Hydrogen Energy 43, 1909 (2018).
  59. А. В. Бакулин, Л. С. Чумакова, С. Е. Кулькова, ЖЭТФ 163, 796 (2023).
  60. J. Breuer, T. Wilger, M. Friesel et al., Intermetallics 7, 381 (1998).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences