ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ CoCrFe40-xMnxNi (x = 5, 10, 15, 20): 10.25712/ASTU.1811-1416.2023.04.010

Кирилл Александрович  Осинцев; Виктория Сергеевна  Панова; Валентина Анатольевна  Кузнецова; Сергей Валерьевич  Коновалов; Ирина Алексеевна  Панченко

Авторы

Кирилл Александрович Осинцев Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия; Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, 443086, Самара, Россия https://orcid.org/0000-0003-1150-6747
Виктория Сергеевна Панова Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0009-0000-1460-6677
Валентина Анатольевна Кузнецова Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0009-0007-5845-4928
Сергей Валерьевич Коновалов Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия; Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, 443086, Самара, Россия https://orcid.org/0000-0003-4809-8660
Ирина Алексеевна Панченко Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия https://orcid.org/0000-0002-1631-9644

Ключевые слова:

высокоэнтропийный сплав, первопринципное исследование, Co–Cr–Fe–Mn–Ni, энтальпия смешения, параметр решетки, сверхструктура, стабильность, релаксация, плотность, объем

Аннотация

В работе проведено первопринципное исследование стабильности четырех сплавов с различным содержанием Fe и Mn CoCrFe_40-xMn_xNi (x = 5, 10, 15, 20 ат. %). Для каждой композиции были созданы специальные квазислучайные сверхструктуры, имеющие тип строения гранецентрированной кубической решетки и состоящие из 32 атомов. В программном комплексе QUANTUM ESPRESSO проводилась полная релаксация полученных сверхструкур и определение полной энергии основного состояния при температуре 0 К. На основании полученных результатов рассчитаны энтальпии смешения и показано, что ГЦК твердые растворы являются термодинамически стабильными структурами для исследуемых сплавов при заданной температуре. Наименьшим значением энтальпии смешения обладает сверхструктура Co–Cr–Fe–Mn–Ni, что подтверждает концепцию того, что высокоэнтропийные сплавы с эквиатомной композицией демонстрируют наибольшую устойчивость, по сравнению с не эквиатомными сплавами. Были получены значения параметров решетки, которые продемонстрировали сохранение кубической структуры после полной релаксации исследованных структур. Также рассчитаны значения плотности и объема полностью релаксированных сверхструктур, указывающие на то, что при увеличении содержания Fe и одновременном уменьшении содержания Mn объем сверхструктур уменьшается, а их плотность, соответственно, увеличивается.