Композиционная зависимость низкотемпературного магнитного упорядочения и сверхтонкие взаимодействия в аустените Fe–N

Abstract

Рассчитано электронное строение двух модельных структур стехиометрии Fe₈N с разным типом упорядочения атомов азота, используя ab initio метод FLAPW. В первом приближении эти структуры могут рассматриваться как прототип аустенита Fe–N. Исследовано влияние атомов азота на электронное строение и магнитные свойства γ-железа, а также на формирование компонентов мессбауэровского спектра, что позволяет производить детальную интерпретацию экспериментальных данных. Получена зависимость обменного интеграла от концентрации атомов азота, что позволяет прояснить влияние азота на магнитные свойства ГЦК железа. Используя ab initio метод FLAPW и технику кластерного разложения, рассчитаны эффективные потенциалы межатомного взаимодействия атомов азота в ГЦК железе в шести координационных сферах. На основе этих потенциалов методом Монте Карло исследована температурная зависимость ближнего порядка в системе Fe–N. Рассчитаны температурные зависимости теплоемкости и параметров ближнего порядка. Установлено, что при 830 К наблюдается переход из неупорядоченного состояния в нитрид Fe₄N.

Обчислено електронну будову двох модельних структур стехіометрії Fe₈N з різним типом упорядкування атомів азоту, використовуючи ab initio метод FLAPW. В першому наближенні ці структури можуть розглядатися як прототип аустеніту Fe–N. Досліджено вплив атомів азоту на електронну будову та магнітні властивості γ-заліза, а також на формування компонентів мессбауерівського спектру, що дозволяє проводити детальну інтерпретацію експериментальних даних. Отримано залежність обмінного інтегралу від концентрації атомів азоту, що дозволя є прояснити вплив азоту на магнітні властивості ГЦК заліза. Використовуючи ab initio метод FLAPW та техніку кластерного розкладу, розраховано ефективні потенціали міжатомної взаємодії атомів азоту в ГЦК залізі для шости координаційних сфер. На основі цих потенціалів методом Монте Карло досліджено температурну залежність ближнього порядку в системі Fe–N. Обчислено температурні залежності теплоємності та параметрів ближнього порядку. Установлено, що при 830 К спостерігається перехід з неупорядкованого стану в нітрид Fe₄N.

The electronic structure of two model structures of the Fe₈N stoichiometry with different ordering of nitrogen atoms is calculated by using ab initio FLAPW method. As a first approximation, these structures can be considered as a prototype of austenite Fe–N. The influence of the nitrogen atoms on the electronic structure and magnetic properties of γ-iron and the influence of nitrogen on the Mossbauer spectrum components are investigated, which makes it possible to treat the experimental data in details. It is found that the exchange integral is dependent on nitrogen content. This clarifies the influence of nitrogen on the magnetic properties of fcc iron. Using ab initio the FLAPW method and cluster expansion technique, we have calculated the effective potentials of interatomic interactions of the nitrogen atoms in fcc iron in six coordination spheres. Based on these potentials, the temperature dependence of the short-range order in the Fe–N system have been calculated by the Monte Carlo method. The temperature dependences of the heat capacity and short-range order parameters are calculated. It is found that at 830 K there occurs a transition from the disordered state to Fe₄N nitride.