Fe-N 体系：晶体结构预测、相稳定性与力学性能
材料科学
2024-11-27 v1
摘要
渗氮处理在钢表面引入氮化物，显著提升了其表面力学性能。通过结合可变组分进化算法和基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们确定了 50 种具有不同化学计量比的热力学稳定或亚稳态 Fe-N 化合物，这些化合物同时表现出动力学和力学稳定性。我们系统地研究了这些结构的力学性能，包括体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、Pugh 比、柯西压力、Klemen 参数、通用弹性各向异性、德拜温度和维氏硬度。所有确定的稳定和亚稳态 Fe-N 化合物均位于韧性区域，且大多数表现出均匀的弹性特性和各向同性的金属键合。随着氮浓度的增加，它们的体模量通常也随之增加。Fe-N 化合物的维氏硬度值在 3.5 至 10.5 GPa 之间，显著高于纯铁（2.0 GPa），这归因于更强的 Fe-N 键强度。这项研究为优化和设计具有定制力学性能的 Fe-N 合金提供了见解。
关键词
引用
@article{arxiv.2411.17193,
title = {The Fe-N system: crystal structure prediction, phase stability, and mechanical properties},
author = {Ergen Bao and Jinbin Zhao and Qiang Gao and Ijaz Shahid and Hui Ma and Yixiu Luo and Peitao Liu and Yan Sun and Xing-Qiu Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.17193},
year = {2024}
}
备注
19 pages, 19 figures