D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.009 第27卷第1期 北京科技大学学报 Vol.27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 YCos-MrM=Fe,Ti)中合金元素择优占位 顾刚)倪晓东》陈难先)中江)范韶蓉)张远政) 1)北京科技大学物理系，北京1000832)北京科技大学应用物理研究所，北京100083 摘要利用多元晶体中原子择优占位MBW模型和原子间相互作用势，从原子层次对合金 元素Fe,Ti在CaCu,结构的YCo合金中的择优占位进行了计算研究.计算结果表明，Fe和Ti 择优占据3g位置，与实验结果符合， 关键词金属间化合物：YC0合金：择优占位：稀土合金 分类号TG111.5 具有CaCu结构的稀土金属间化合物RT,(R= 1计算方法 稀土元素，T=过渡族元素)因为具有良好的水磁 性能和其他特殊的物理特性而备受关注.由于 MBW模型中引入原子的占位分数w(i= 通过添加合金元素可以有效地改变稀土化合物 1,2,,N,M=1,2,…,N).1w定义为：M类原子占 的结构稳定性，因此从原子层次研究合金元素 据i类亚点阵的百分比，其中N和N分别是材 在稀土化合物中的占位及其对化合物结构和性 料晶体结构的亚点阵数和组元数. 能的影响，对于进一步改善和提高稀土化合物的 ∑1w=1(M=1,2,,Nee,0≤入n≤1) (1) 使用性能具有积极的意义.利用Ising模型，结 M类原子占据i类亚点阵的占位几率Pw为： 合Monte Carlo计算是处理合金中原子占位最为 直观的方法，并且具有较高的计算精度.但该方 a=l,2,…Na;Ml,2N0≤P≤1)② 法计算量大，合金成分受计算单胞的限制只能进 其中，CM为合金成分，C表示i类亚点阵阵点数占 行量子化的变化.合金宏观成分的连续变化，使 总的亚点阵阵点数的百分比，则： 得该方法研究连续成分区间中原子占位及结构 CM=1 L,N。 (3) 稳定性问题时受到一定的限制.Bragg-Williams Co=1 rl.N. (4) (BW)模型网则以材料结构的长程有序度作为控 Pw=1(=1,2,,Nu) 制参量，构造了研究原子占位变化的统计模型. ML.N. (5) 基于对势所得到的平均每个原子的组态能E为： 该模型的计算只与合金的有序结构有关，方法单 一稳定，计算量远小于Ising模型且计算结果易于 E-CEEP.PA) 6) 进行解析化分析，为合金相稳定性的研究提供了 i是亚点阵指标，j是近邻指标，a和B代表原子的 简单可行的方法.但BW模型只适合研究具有两 类型，本文a和B将遍历Y,Co和MQM=Fe或Ti) 类亚点阵和两个组元的简单合金结构，新近发展 这三种原子，y是第i类亚点阵阵点和它的第j近 的Modified-Bragg-Williams (MBW)模型为合金 邻之间的距离.在等效原子模型基础上，系统平 中原子占位的研究提供了一个普适模型，并成功 均每个原子的组态熵S为阿： 地用于研究计算FeAl中合金元素Ti,Si,Ni,Mn, S=-∑Co P.InP. (7 l.M Mo和Cr等的占位，以及合金元素对FeAl合金 k为波尔兹曼常数.在热力学温度T下，系统平 H原子吸收能力的影响.本文利用原子间相互 均每个原子的自由能为： 作用势的MBW模型，研究Fe,Ti在CaCu,结构的 G=E-ST (8) YCo合金中的择优占位. 在给定占位的情况下，平衡晶格常数ak=1,2,3) 收精日期：200403-01修回日期：200406-10 由下式确定： 蕃金项目：国家“973”重点项目No.TG200067106) 作者简介：顾刚(1979一)，男，顾士研究生 -0 (9)第 2 7 卷 第 1期 2 0 5 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u几 a lOf Un vl e邝iyt Of S c加 n c e a n d eT c h . 。如 gy eB ij加 g 、 乞IJ 7 N 0 . 1 F e b . 2 005 Y C o , 袱入工(M 二 F e , iT ) 中合金元素择优 占位 顾 刚 ” 倪 晓 东 ` , 陈难 先 ” 申 江 ” 范 韶 蓉 ” 1)北 京科 技大 学物理 系 , 北京 10 0 83 2 ) 北 京科 技大学应用 物理 研究 所 , 北 京 张远政 ” 10 0() 8 3 摘 要 利用 多元 晶体 中原子择优 占位 M BW 模型和 原 子 间相互 作用 势 , 从 原子层 次对 合 金 元 素 eF , 叭 在 C aC 场 结构 的 Y山 C O 合金 中 的择优 占位 进行 了计算研 究 . 计 算结 果表 明 , eP 和 五 择优 占据 3 9 位 置 , 与 实验 结果 符合 . 关键 词 金 属 间化合 物 : Y 月C o 合 金 ; 择优 占位 : 稀 土合 金 分 类号 T G l l l . 5 、 , 声、 , 产、产. ,J 4 了`J 、了. 具有 C aC 场 结构 的稀 土金 属 间化合 物 RT , ( R = 稀 土元 素 , 卜过渡 族 元素 ) 因为 具有 良好 的永 磁 性 能和 其他 特 殊 的物 理特 性 而 备 受关 注 `1] . 由于 通过 添 加 合 金元 素可 以有 效 地 改 变稀 土 化 合 物 的 结构稳定 性 口 , , 因此 从 原子 层 次研究 合金 元 素 在稀 土 化 合 物 中 的 占位 及 其 对 化 合物 结构 和 性 能 的影 响 , 对 于进 一 步改 善和 提高 稀土 化 合物 的 使用 性 能具 有 积极 的意义 . 利 用 sI in g 模型 `3, , 结 合 M o nt e C ar fo 计 算 是 处 理合 金 中原 子 占位 最 为 直 观 的方 法 , 并 且具 有较 高 的计 算 精度 . 但 该 方 法 计算量大 , 合金 成分 受计 算单胞 的 限制只 能进 行 量 子化 的变化 . 合 金宏 观 成分 的连 续变 化 , 使 得 该 方 法研 究连 续 成 分 区 间 中原 子 占位 及 结构 稳 定 性 问题 时受 到 一 定 的 限制 . B ’tag g e 钻 11i am s (B W ) 模 型 , , 则 以材料 结构 的长 程 有序 度 作 为控 制 参量 , 构 造 了研究 原子 占位 变化的 统计 模型 . 该模 型 的计 算只与合 金 的有序 结构有 关 , 方 法单 一稳 定 , 计 算量远 小 于 isI gn 模 型且计 算 结果 易于 进行 解析 化 分析 , 为合 金相 稳定 性 的研 究提 供 了 简单 可 行 的方 法 . 但 B W 模型 只 适合 研究 具有 两 类亚 点 阵和两 个 组元 的简单合 金 结构 , 新 近发 展 的 M o id if e d , B ar g兮钻ilI am s (M B助 模 型 , ,为合 金 中原 子 占位 的研究 提供 了一个普 适模 型 , 并成 功 地用 于研 究 计 算 eF 3A I 中合 金 元素 iT , is , iN , M n , M 。 和 C r 等 的 占位 , 以及 合 金元 素对 F e3 A I 合 金 H 原 子 吸收 能 力 的影 响 `5] . 本 文利 用 原 子 间相 互 作 用 势 的 M B W 模型 , 研 究 eF , iT 在 C aC 铸 结 构 的 Y毛 。 合 金 中 的择 优 占位 . 收稿 日期 : 2 0 4刁 3刁 1 修 回 日期 : 2 0 4刁卜 10 基金 项 目 : 国家 “ 97 3 ” 重 点项 目《N 0 . T G 2 0 06 71 0 6) 作者简介 : 顾 刚 ( 19 7 9一) , 男 , 硕 士研 究生 1 计 算方 法 M B W 模 型 中 引 入 原 子 的 占 位 分 数几, i( 二 l , 2 , … , Ns 、 , M 二 1 , 2 , … , .N 、 ) . 蝙定义 为 : M 类 原 子 占 据 i 类 亚 点 阵 的百 分 比 , 其 中从 、 和 Nc , 分 别 是材 料 晶体结构 的 亚 点 阵数 和组 元 数 . 翩 , 一 ` (M 一 ` , 2 , ~ 、 瓜 , ” 以楼 ’ ) l() 材类 原 子 占据 i 类亚 点阵 的 占位 几 率几 r为 : 尸户爵 (。 , 2 , …瓜俐 , 2., “ ” 。 引 , (2) 其 中 ,偏 为合 金成 分 , 疏 表 示 i 类亚点 阵 阵点 数 占 总 的亚 点阵 阵 点数 的 百分 比 , 则 : 艺 C 沁= 材` l , 刀` Z G = 1 卜 l, 刊` 艺 尸加= 1 (’=l 1 , 2 , … 入 、 ) 衬 . 1 . 人舀 基 于对 势所 得 到 的 平均 每 个 原子 的 组 态 能E 为 : E 一 傲气疏 于弓于“ “ 叫#)r (6) i 是 亚 点阵指 标 , j 是 近邻 指标 , a 和刀代 表 原子 的 类 型 , 本 文 a 和 刀将 遍历 丫 C 。 和 M 似 =F e 或 iT ) 这 三种 原 子 , 八是 第 i 类亚 点阵 阵点和 它 的第 j 近 邻 之 间 的距 离 . 在 等 效 原 子模型 基础 上 , 系 统平 均 每个 原 子 的 组态嫡 S 为叭 : 一生气。 r k 蕊凡叫 为波 尔 兹曼 常 数 . 在 热 力学 温度 T 下 均 每个 原 子 的 自由能 为 : G = E 一 S T ( 7) , 系统 平 、尹、 ` , 、 J 、1. R八à气j, 了龟,、. 在 给 定 占位 的情 况 下 , 平衡 晶格 常 数 以=k 1 , 2 由下式确 定 : a E } 百瓦} = ” DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 01. 009