通过L1₂-Al₃M (M = Sc, Zr, Er, Y) 阶段空缺缺陷的原子扩散的第一原则研究

科学领域:

• 计算材料科学科学 计算材料科学
• 固态物理 固态物理
• 物理化学 物理化学

背景情况:

• 了解原子扩散机制对于预测金属间合金的性能和性能至关重要.
• L12-Al3M (M = Sc,Zr,Er,Y) 阶段是重要的结构材料,但它们的扩散行为需要详细的研究.
• 空隙介导扩散是许多晶体固体中的一个关键过程,影响材料稳定性和相位形成.

研究的目的:

• 通过第一原则计算,研究L12-Al3M合金中的原子扩散机制.
• 确定Al和M原子的偏好的扩散路径和激活能量.
• 为了将扩散行为与不同Al3M相的稳定性相关联,并解释实验观测.

主要方法:

• 使用第一原理计算来评估点缺陷形成能量.
• 登图像推动弹性带 (CI-NEB) 方法用于计算各种扩散路径的迁移能量.
• 分析包括近邻跳跃 (NNJ),六跳周期 (6JC) 和下一个近邻跳跃 (NNNJ) 机制.

主要成果:

• 通过Al空缺 (V_Al) 介导的近邻跳跃 (NNJ) 被确定为在各种条件下为Al和M原子的主导扩散路径.
• 对NNJ ((Al-V_Al) 的激活障碍遵循的是下列顺序:Al3Zr < Al3Y < Al3Er < Al3Sc.
• 由于高的自我扩散激活屏障,Al3Sc表现出高稳定性,而Al3Zr和Al3Y表现出较低的激活能,稳定性较低. 观察到Zr扩散到Al3Y核心层中,防止稳定的核心外结构.

结论:

• 空位介导的NNJ是L12-Al3M相中能量偏好的原子扩散机制.
• Al3M相的稳定性与它们的自我扩散激活能量直接相关,Al3Sc是最稳定的.
• 计算的扩散行为,包括Zr扩散到Al3Y的倾向,与实验结果一致,验证了计算方法.