钒微合金钢中α-Fe/V_(4)C_(3)界面结构与稳定性的第一性原理计算

为了探讨α-Fe/V_(4)C_(3)的界面稳定性,利用第一性原理平面波赝势方法优化(100)_(α-Fe)/(100)_(V_(4)C_(3))三种不同原子堆积序列(Fe-on-C,Fe-on-V和Bridge)的界面构型。通过界面分离功分析α-Fe/V_(4)C_(3)界面的结构稳定性,计算三种构型的界面分离功分别为4.29,1.43,2.70 eV,分离功越大表明界面稳定性越强,在α-Fe中析出的V_(4)C_(3)主要以Fe-on-C构型存在,其界面稳定性最强。通过态密度,差分电荷密度和电子局域化函数研究α-Fe/V_(4)C_(3)的电子结构性质。结果表明:在Fe-on-C构型中,界面处Fe原子存在电荷贫化区,丢失的电荷转移到界面处,由于C原子具有强电负性,在界面处形成较强的混合离子/共价键,并且Fe和C原子的键合作用明显强于Fe和V原子。通过总态密度和分波态密度发现,Fe-d轨道与C-p轨道在-4.5~-2.5 eV的区域内发生电子轨道杂化,形成Fe—C共价键。

NaCl型过渡金属碳化物稳定性及力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对比研究了六种NaCl型过渡金属碳化物MC(M=Ti,Zr,V,Nb,Cr,Mo)的结构、力学与动力学稳定性。基于PBE交换关联泛函的赝势,对NaCl型MC进行了结构优化,计算了不同碳化物的形成能和结合能,结果表明ZrC的晶体结构最稳定,MoC最不稳定。比较研究了六种过渡金属碳化物的弹性常数、弹性模量、硬度、脆韧性等力学性质,结果表明MC均具有力学稳定性。在六种MC中,只有MoC的声子谱有虚频,说明MoC动力学不稳定。通过差分电荷密度和态密度,对MC的电子性质和成键行为进行了讨论。本工作计算结果与实验数据和前人理论计算结果基本吻合。