Carbon dissolution and diffusion in ferrite and austenite from first principles

奥氏体 吸热过程 材料科学 密度泛函理论 焓 溶解 热力学 铁氧体(磁铁) 放热反应 物理化学 化学 计算化学 物理 冶金 吸附 微观结构 复合材料
作者
De‐en Jiang,Emily A. Carter
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:67 (21) 被引量:464
标识
DOI:10.1103/physrevb.67.214103
摘要

We perform density-functional theory (DFT) calculations of carbon dissolution and diffusion in iron, the latter being a typical example of interstitial diffusion. The Kohn-Sham equations are solved with periodic boundary conditions and within the projector-augmented-wave formalism, using the generalized gradient approximation for electron exchange and correlation. With the solution enthalpy as an indication of cell size convergence, we find a supercell with 128 Fe atoms and one C atom is sufficient for describing dilute concentrations of carbon in bcc Fe. The solution enthalpy of carbon in an octahedral site in ferrite is predicted to be 0.74 eV, i.e., the dissolution of carbon in bcc ferromagnetic (FM) Fe is an endothermic process. Using the Fe128C1 periodic cell, we find that the minimum-energy path (MEP) of carbon diffusion from one octahedral site to another (via a tetrahedral site) has a barrier of 0.86 eV, in excellent agreement with the experimental value of 0.87 eV. This encouraging benchmark result prompted us to investigate carbon diffusion in austenite, whose electronic structure is less well characterized experimentally. Cell size convergence results show that a supercell with 32 Fe atoms and one C atom is sufficient. The calculated solution enthalpy is $\ensuremath{-}0.17$ eV, which indicates that the dissolution of carbon in fcc Fe is exothermic, consistent with the known greater solubility of C in austenite compared to ferrite. The MEP shows that carbon moves linearly from an octahedral site to another, contrary to the common notion of an off-plane diffusion path. The diffusion barrier is calculated to be 0.99 eV. Since we model austenite with the FM high-spin phase, the diffusion barrier we obtain is not directly comparable to the experiments in which austenite is usually paramagnetic. However, this prediction is relevant for C incorporation into Fe thin films, since FM high-spin fcc Fe can be obtained by epitaxial growth of thin Fe films on a Cu substrate.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
喜悦夜玉发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
刚刚
852的应助被小付采纳,获得10
1秒前
CEJ完成签到,获得积分10
1秒前
洋嘞个羊发布了新的文献求助10
2秒前
胖一达完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
LIUZQ完成签到,获得积分10
3秒前
谦让的沛蓝完成签到 ,获得积分10
4秒前
温婉的荷花完成签到,获得积分10
4秒前
cc发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
不想学习的大香蕉完成签到,获得积分10
5秒前
科研通AI6.2的应助被leizhihan采纳,获得10
5秒前
6秒前
CipherSage的应助被Fred采纳,获得10
6秒前
小敏完成签到,获得积分10
6秒前
科研通AI6.4的应助被核桃采纳,获得10
6秒前
123发布了新的文献求助10
7秒前
七听的应助被核桃采纳,获得50
7秒前
7秒前
隐形曼青的应助被核桃采纳,获得10
7秒前
科研通AI6.4的应助被核桃采纳,获得10
7秒前
田俊完成签到,获得积分10
7秒前
科研通AI6.4的应助被核桃采纳,获得10
7秒前
dong完成签到 ,获得积分10
8秒前
太阳下山不等人的应助被核桃采纳,获得10
8秒前
CipherSage的应助被核桃采纳,获得10
8秒前
8秒前
123的应助被核桃采纳,获得10
8秒前
李爱国的应助被核桃采纳,获得10
8秒前
CodeCraft的应助被核桃采纳,获得10
9秒前
10秒前
ny发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
11秒前
最好发布了新的文献求助10
11秒前
123完成签到,获得积分10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Stochastic Models in Operations Research,Vol. 2 600
Critical Bildung: Hegel and the Logic of Diremption 500
桑白皮エキスの実験的, 臨床的育毛効果について 500
Qualitative Methodologies in Tourism Studies: Disrupting and Co-creating Critical Research 350
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8039474
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9474015
关于积分的说明 21269350
捐赠科研通 7608212
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3390941
关于科研通互助平台的介绍 2522480
邀请新用户注册赠送积分活动 2428454