Ab initio моделирование взаимодействия P, H, C, S с границами зерен в a-железе

Представлены результаты моделирования из первых принципов взаимодействия неметаллических примесей внедрения (H, C) и замещения (P, S) с границами зерен в α-железе. Моделирование проводилось в рамках теории функционала плотности (DFT) полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FP LAPW) с учетом обобщенного градиентного приближения (GGA’96) в программном пакете WIEN2k. Были изучены три межзеренные границы наклона Σ3(111), Σ5(210) и Σ5(310). Построение суперячеек границ зерен наклона осуществлялось с помощью модели решетки совпадающих узлов. На значения энергетических характеристик различных границ зерен с примесями влияет ряд факторов, а именно, объем многогранника Вороного, приходящийся на одну примесь, магнитные моменты и симметрия окружающей матрицы. Результаты показывают, что для симметричных границ зерен Σ3(111) и Σ5(310) фосфор, водород и сера являются охрупчивателями, в то время как углерод усиливает межатомные связи на границе зерна, что хорошо согласуется с имеющимися в литературе данными. В случае асимметричной границы зерна Σ5(210) фосфор и водород также ослабляют связи на границе зерна, а сера усиливает. В первую очередь, это связано с геометрией окружающей матрицы. Магнитные моменты на атомах примесей очень малы и в большинстве случаев антипараллельны магнитным моментам на соседних атомах Fe.