CrFeCoNi 氮化物薄膜中的相形成
材料科学
2023-07-06 v1
摘要
作为单相合金，CrFeCoNi 是一种面心立方 (fcc) 材料，与典型的 CrFeCoNiMn 高熵 Cantor 合金相关。对于薄膜，在室温下通过磁控溅射生长的大致等摩尔成分的 CrFeCoNi 倾向于呈现 fcc 结构。然而，对于在较高温度下生长的薄膜，通常无法实现单相固溶体状态。对于基于 Cantor 合金的陶瓷（氮化物和氧化物）也是如此，其相形成对工艺参数（如反应气体量）极为敏感。本研究结合理论和实验方法来理解含氮 CrFeCoNi 薄膜中的相形成。考虑三个竞争相（CrN、Fe-Ni 和 Co）的密度泛函理论计算表明，(CrFeCoNi)1-xNx 固溶体的混合自由能 delta G 在 x = 0.20-0.25 处具有最大值，并且当 x 小于 0.20 或大于 0.25 时，delta G 变低。通过磁控溅射生长的 (CrFeCoNi)1-xNx (x = 0.14-0.41) 薄膜表明，当 x 小于等于 0.22 时金属 fcc 稳定，当 x 大于 0.33 时 NaCl B1 结构稳定，这与理论预测一致。相比之下，在较高温度下生长的具有中等含氮量 (x = 0.22) 的薄膜表现出 CrN、富 Fe-Ni 和 Co 的多相偏析。这些结果解释了为什么在低温下需要动力学受限的生长条件才能获得单相 CrFeCoNi 类 Cantor 含氮薄膜，并且对于理解多组分陶瓷中的相形成机制具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2211.05471,
title = {Phase formation in CrFeCoNi nitride thin films},
author = {Smita G. Rao and Boburjon Mukhamedov and Gyula Nagy and Eric N. Tseng and Rui Shu and Robert Boyd and Daniel Primetzhofer and Per O. Å. Persson and Björn Alling and Igor A. Abrikosov and Arnaud le Febvrier and Per Eklund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.05471},
year = {2023}
}