Ab initio modeling of interactions of P, H, S, S with grain boundaries in $\alpha$-iron

Представлены результаты моделирования из первых принципов взаимодействия неметаллических примесей внедрения (H, C) и замещения (P, S) с границами зерен в $\alpha$-железе. Моделирование проводилось в рамках теории функционала плотности (DFT) полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FP LAPW) с учетом обобщенного градиентного приближения (GGA'96) в программном пакете WIEN2k. Были изучены три межзеренные границы наклона $\Sigma3(111)$, $\Sigma5(210)$ и $\Sigma5(310)$. Построение суперячеек границ зерен наклона осуществлялось с помощью модели решетки совпадающих узлов. На значения энергетических характеристик различных границ зерен с примесями влияет ряд факторов, а именно, объем многогранника Вороного, приходящийся на одну примесь, магнитные моменты и симметрия окружающей матрицы. Результаты показывают, что для симметричных границ зерен $\Sigma3(111)$ и $\Sigma5(310)$ фосфор, водород и сера являются охрупчивателями, в то время как углерод усиливает межатомные связи на границе зерна, что хорошо согласуется с имеющимися в литературе данными. В случае асимметричной границы зерна $\Sigma5(210)$ фосфор и водород также ослабляют связи на границе зерна, а сера усиливает. В первую очередь, это связано с геометрией окружающей матрицы. Магнитные моменты на атомах примесей очень малы и в большинстве случаев антипараллельны магнитным моментам на соседних атомах Fe.