L’alliage fer-chrome et ses surfaces : des calculs ab initio aux isothermes de ségrégation

Iron-chromium alloys and surfaces: from ab initio calculations to segregation isotherms

¹ CEA, DEN, DMN, Service de Recherches de Métallurgie Physique, 91191 Gif-sur-Yvette, France
e-mail : maximilien.levesque@ens.fr
² Los Alamos National Laboratory, 87545 Los Alamos, New Mexico, USA

Reçu : 21 Décembre 2010
Accepté : 8 Juin 2011

Résumé

La première étape de ce travail est le calcul ab initio des énergies de mise en solution et de mélange du chrome et du fer. Nous confirmons les résultats ab initio proposés précédemment. Nous utilisons cette même méthodologie afin de calculer les énergies de surface du fer et du chrome dans les orientations (100), (110), (111) et (211). Contrairement aux extrapolations depuis les mesures expérimentales aux hautes températures, ces calculs montrent que les énergies de surface du chrome sont supérieures à celles du fer. Nous calculons également l’énergie de ségrégation d’impureté du chrome dans le fer (100) qui est endothermique. Enfin, nous proposons un modèle énergétique ajusté sur les calculs ab initio. À partir de ce modèle, nous calculons des isothermes de ségrégation et montrons que les surfaces de l’alliage sont toujours appauvries en chrome du fait de la grande différence d’énergie de surface entre les deux éléments qui a été révélée par les calculs ab initio.

Abstract

As a first step, we calculated ab initio the solubility and mixing energies of iron and chromium that confirm previous calculations. The same methodology is used to calculate free surface energies of iron and chromium (100), (110), (111) and (211). Refuting extrapolations from high temperatures measurements, ab initio calculations show that chromium surface energies are always higher that iron ones. We also calculated the segregation energy of a chromium impurity in iron (100) which is endothermic. Finally, we propose an interaction model parameterized on the ab initio calculations that we use to calculate segregation isotherms. We show that the large difference in surface energies between chromium and iron we highlighted from ab initio calculations causes the surfaces to be always depleted in chromium.