金属元素掺杂α-Fe（N）体系的电子结构及力学性能的第一性原理计算
来源期刊：材料工程2019年第9期
论文作者：刘香军 杨吉春 贾桂霄 杨昌桥 蔡长焜
文章页码：72 - 77
关键词：第一性原理;高氮钢;电子结构;弹性常数;
摘 要：基于第一性原理研究M（M=Ti,V,Cr,Mn,Co和Ni）掺杂α-Fe（N）的结合能、电子结构及力学性能。计算结果表明,Ti和V优先占据晶胞的顶角位置,Cr和Mn优先占据晶胞的体心位置,Co和Ni与N不相邻时结构最稳定。Ti与V的掺杂加强了晶胞的稳定性,Cr, Mn与Ni的掺杂削弱了晶胞的稳定性,Co的掺杂不影响晶胞的稳定性。这些过渡金属在α-Fe晶胞中均存在金属键和离子键的共同作用,成键轨道主要来自M3d, Fe4s3p3d与N2p。与纯α-Fe体系相比,掺杂体系刚性均变强,经计算可得α-Fe（N）-V体系的弹性模量E、剪切模量G和体积模量B均为最大值,即掺杂V可显著提高材料的力学性能,V是最有效的固氮元素,与高氮钢冶炼的实验结果相吻合。
刘香军1，杨吉春1，贾桂霄1，杨昌桥2，蔡长焜1
1. 内蒙古科技大学材料与冶金学院2. 内蒙古科技大学工业技术研究院
摘 要：基于第一性原理研究M（M=Ti,V,Cr,Mn,Co和Ni）掺杂α-Fe（N）的结合能、电子结构及力学性能。计算结果表明,Ti和V优先占据晶胞的顶角位置,Cr和Mn优先占据晶胞的体心位置,Co和Ni与N不相邻时结构最稳定。Ti与V的掺杂加强了晶胞的稳定性,Cr, Mn与Ni的掺杂削弱了晶胞的稳定性,Co的掺杂不影响晶胞的稳定性。这些过渡金属在α-Fe晶胞中均存在金属键和离子键的共同作用,成键轨道主要来自M3d, Fe4s3p3d与N2p。与纯α-Fe体系相比,掺杂体系刚性均变强,经计算可得α-Fe（N）-V体系的弹性模量E、剪切模量G和体积模量B均为最大值,即掺杂V可显著提高材料的力学性能,V是最有效的固氮元素,与高氮钢冶炼的实验结果相吻合。
关键词：第一性原理;高氮钢;电子结构;弹性常数;
