ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 2 2023 104 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Оценка энергии формирования вакансий в ОЦК-, ГЦК- и ГПУ-металлах с использованием теории функционала плотности Юлия Эмурлаева 1, a,*, Дарья Лазуренко 1, b, Зинаида Батаева 2, c, Иван Петров 3, d, Глеб Довженко 4, e, Любовь Макагон 2, f, Максим Хомяков 5, g, Кемал Эмурлаев 1,h, Иван Батаев 1, i 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Сибирский государственный университет водного транспорта, ул. Щетинкина, 33, г. Новосибирск, 630099, Россия 3 Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова, 1, г. Новосибирск, 630090, Россия 4 ЦКП «СКИФ», Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Никольский пр., 1, Кольцово, 630559, Россия 5 Институт лазерной физики СО РАН, пр. Ак. Лаврентьева, 15Б, Новосибирск, 630090, Россия a https://orcid.org/0000-0003-4835-4134, emurlaeva@corp.nstu.ru, b https://orcid.org/0000-0002-2866-5237, pavlyukova_87@mail.ru, c https://orcid.org/0000-0001-5027-6193, bataevazb@ngs.ru, d https://orcid.org/0000-0002-7968-1130, ivan77766600@outlook.com, e https://orcid.org/0000-0003-0615-0643, g.dovjenko@skif.ru, f https://orcid.org/0009-0006-1463-0697, ledimakagon@mail.ru, g https://orcid.org/0000-0001-8095-2092, mnkhomy@gmail.com, h https://orcid.org/0000-0002-1114-6799, emurlaev@corp.nstu.ru, i https://orcid.org/0000-0003-2871-0269, i.bataev@corp.nstu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 2 с. 104–116 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.2-104-116 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 548.4 История статьи: Поступила: 10 апреля 2023 Рецензирование: 18 апреля 2023 Принята к печати: 27 апреля 2023 Доступно онлайн: 15 июня 2023 Ключевые слова: Металлы Энергия образования вакансий Диффузия Моделирование Теория функционала плотности Финансирование Работа выполнена в соответствии с федеральным заданием Министерства образования и науки Российской Федерации (проект FSUN-2020-0014 (20190931)): «Исследования метастабильных структур, формируемых на поверхностях и границах раздела материалов при экстремальном внешнем воздействии». Благодарности Исследования проведены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» НГТУ (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. К числу дефектов кристаллической структуры, оказывающих существенное влияние на процессы структурных преобразований при термической, химико-термической и термопластической обработке и других видах обработки металлических сплавов, относятся вакансии. Энергия формирования вакансий является одним из важнейших параметров, используемых для описания диффузионных процессов. Эффективный подход к определению этой величины основан на применении теории функционала плотности (ТФП), важнейшим достоинством которой является проведение расчетов без использования каких-либо параметров, определяемых эмпирическим путем. Цель работы: оценка методом ТФП энергии формирования вакансий в широко распространенных в машиностроении ОЦК-, ГЦК- и ГПУ-металлах и сравнение результатов, полученных с использованием различных типов обменно-корреляционных функционалов (GGA и meta-GGA). Теория выполнения расчетов. Расчеты проводились на основании метода проекционных соединительных волн с использованием программного кода GPAW и среды атомного моделирования ASE. В качестве обменно-корреляционных функционалов использовались функционалы MGGAC, rMGGAC и функционал Пердью – Берка – Эрнзергофа. В процессе моделирования волновые функции описывались плоскими волнами. Энергия формирования дефекта оценивалась в сверхъячейках размером 3×3×3. Расчеты проводились для ОЦКметаллов (Li, Na, K, V, Cr, Fe, Rb, Nb, Mo, Cs, Ta, W), ГЦК-металлов (Al, Ni, Cu, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Pb, Co) и ГПУ-металлов (Be, Ti, Zr, Mg, Sc, Zn, Y, Ru, Cd, Hf, Os, Co, Re). Результаты и обсуждение. Сравнение расчетных значений энергии формирования вакансий свидетельствует о справедливости следующего соотношения величин: PBE MGGAC rMGGAC f f f E E E < ≤ . Для значений, полученных с использованием свободно распространяемого кода GPAW, характерны те же закономерности, что и при использовании широко распространенного коммерческого программного пакета VASP. Применение функционалов PBE и MGGAC в большинстве случаев приводит к меньшей ошибке относительно экспериментальных значений по сравнению с функционалом rMGGAC. Для цитирования: Оценка энергии формирования вакансий в ОЦК-, ГЦК- и ГПУ-металлах с использованием теории функционала плотности / Ю.Ю. Эмурлаева, Д.В. Лазуренко, З.Б. Батаева, И.Ю. Петров, Г.Д. Довженко, Л.Д. Макагон, М.Н. Хомяков, К.И. Эмурлаев, И.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 2. – С. 104–116. – DOI: 10.17212/19946309-2023-25.2-104-116. ______ *Адрес для переписки Эмурлаева Юлия Юрьевна, ассистент Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-06-12, e-mail: emurlaeva@corp.nstu.ru
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1