合金碳化物M7C3的磁性与电子结构
来源期刊：钢铁研究学报2021年第3期
论文作者：王雨 侯廷平 林恒福 杨晓萍 吴开明
文章页码：240 - 245
关键词：钢;合金碳化物;第一性原理;磁矩;电子结构;
摘 要：合金碳化物的析出行为决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。利用Diamond软件探索了合金碳化物M7C3（M=Fe, Cr）的晶体结构,并统计了M7C3中原子间的成键情况。同时,利用第一性原理计算其在0 K、0 Pa条件下M7C3中各原子的磁矩和电子结构。结果表明,M7C3中的Fe、C原子沿着〈001〉方向分层排列,且Fe原子沿着〈001〉方向构成了正方形、三角形、六角环;Fe—C键的键长越长,对应Fe原子的磁矩越大;态密度分布显示M7C3的磁矩贡献主要来自于Fe原子的d轨道,Fe原子d轨道与C原子的p轨道发生了杂化,形成了共价键、离子键,且M7C3具有金属性。Cr原子的自旋极化度小于Fe原子,所以Cr原子的加入使得M7C3的磁性减小。此研究有助于拓展碳化物的应用与控制技术,为碳化物的析出强化机制提供了理论基础。
王雨1,2,3，侯廷平1,2,3，林恒福1,2,3，杨晓萍4,5，吴开明1,2,3
1. 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室2. 武汉科技大学冶金工程过程系统科学湖北省重点实验室3. 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心4. 极端条件下凝聚态物理安徽省重点实验室5. 中国科学院强磁场中心
摘 要：合金碳化物的析出行为决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。利用Diamond软件探索了合金碳化物M7C3（M=Fe, Cr）的晶体结构,并统计了M7C3中原子间的成键情况。同时,利用第一性原理计算其在0 K、0 Pa条件下M7C3中各原子的磁矩和电子结构。结果表明,M7C3中的Fe、C原子沿着〈001〉方向分层排列,且Fe原子沿着〈001〉方向构成了正方形、三角形、六角环;Fe—C键的键长越长,对应Fe原子的磁矩越大;态密度分布显示M7C3的磁矩贡献主要来自于Fe原子的d轨道,Fe原子d轨道与C原子的p轨道发生了杂化,形成了共价键、离子键,且M7C3具有金属性。Cr原子的自旋极化度小于Fe原子,所以Cr原子的加入使得M7C3的磁性减小。此研究有助于拓展碳化物的应用与控制技术,为碳化物的析出强化机制提供了理论基础。
关键词：钢;合金碳化物;第一性原理;磁矩;电子结构;
