Atomistic simulations of thermodynamics and dissolution of iron-silicon phases in iron encasements

Målet med denne masteroppgaven er å bruke tetthets-funksjonal-teori sammen med en cluster-ekspansjons-metode, slik at jern-silisium legeringer på et statisk kubisk romsentrert gitter kan bli studert ved bruk av Monte Carlo-simuleringer i det kanoniske og semi-store-kanoniske ensemblet. Tetthets-funksjonal-teori beregningene er gjort med GPAW, og utveksling-korrelasjons funksjonalen brukt er Perdew-Burke-Ernzerhof funksjonalen. Flere beregnede material-egenskaper til jern og silisium er presentert. Dette fremhever mulighetene med tetthets-funksjonal-teori beregninger. To jern-silisium-strukturer med silisium-konsentrasjoner på 25 % og 50 % er funnet ved hjelp av Monte Carlo simulert nedkjøling. Et fenomen studert i denne oppgaven er dissolusjonen av kuber og oktaeder laget av de to ovennevnte fasene plassert i en ren jern-fase. Det er vist at det, i det generelle tilfellet, kreves høyere temperaturer for å dissolvere 50 % av silisium-atomene i den interne strukturen hvis strukturen er konstruert som en kube i stedet for et oktaeder. FeSi-fasen er funnet å motstå høyere temperaturer enn Fe3Si-fasen før silisium-atomer dissolverer i den omringende jern-fasen. Fase-grense-søk er gjort for lave silisium-konsentrasjoner, som igjen viser at det eksisterer et temperatur- og konsentrasjons-domene hvor bcc Fe3Si-fasen og den rene jern-fasen eksisterer sammen. Overflateenergien assosiert med et sjikt mellom Fe3Si- og jern-fasen er funnet til å være 99.96 mJ/m}^2. Dette resultatet ble funnet ved å bruke tetthets-funksjonal-teori-beregninger med skive-strukturer