Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
METODO PARA EL ESTUDIO DE LA ENERGETICA DE ALEACIONES
MULTICOMPONENTES ORDENADAS
G. Bozzolo (1) y H. O. Mosca (2,3)
(1) Ohio Aerospace Institute, 22800 Cedar Point Rd, Cleveland, OH 44142 USA.
(2) CNEA, U.A.Física, Av. Gral Paz 1499, (B1650KNA), San Martín, Argentina.
(3) Instituto Sabato, UNSAM/CNEA, Av. Gral. Paz 1499, (B1650KNA), San Martín, Argentina.
E-mail (autor de contacto): hmosca@cnea.gov.ar
RESUMEN
El cálculo de diagramas de fase requiere una descripción detallada de todas las posibles estructuras
ordenadas. Diferentes técnicas han sido desarrolladas para resolver los problemas numéricos asociados con
el cálculo de estructuras complejas, pero ellas muestran limitaciones cuando se utilizan en sistemas
multicomponentes. El método BFS (Bozzolo, Ferrante y Smith) para aleaciones ha surgido como una
alternativa simple y eficaz para el estudio de aleaciones multicomponentes y su potencial utilización para el
análisis de diagramas de fase. Para asegurar que el método reconozca las diferencias entre estructuras
ordenadas con alto grado de similitud (ya sea geométrico o en distribución atómica en una red) en este
trabajo realizamos una modificación al método BFS original, introduciendo un algoritmo diagramático que
permite, en forma unívoca, describir todas las posibles estructuras ordenadas para un dado sistema
multicomponente. El algoritmo se basa en la descripción del entorno de cada átomo en base a simples
diagramas parametrizados a partir de cálculos de primeros principios. Como ilustración, se aplica el nuevo
método en el estudio del estado fundamental y de estructuras metaestables de diferentes aleaciones binarias
de estructura cúbica centrada en la cara (ccc), mostrándose la aplicación universal de los diagramas que
caracterizan las diferentes estructuras ordenadas y su parametrización en este ejemplo particular.
Palabras clave: método BFS, aleaciones multicomponentes, aleaciones ordenadas.
1. INTRODUCCIÓN
En la formulación original del método BFS [1] se considera que la contribución a la energía total de cada
átomo individual esta dada por dos términos separados que describen dos procesos virtuales representativos
de la formación de la aleación a partir de los cristales puros: una energía estructural, donde los átomos en la
vecindad del átomo de referencia i son considerados también como átomos de especie i, y un término de
energía química donde los átomos vecinos retienen su identidad química pero ocupan sitios de la red de
equilibrio del átomo de referencia i. La energía estructural se calcula mediante la teoría del cristal
equivalente (ECT) [2] (aunque también puede utilizarse cualquier otro método, incluyendo primeros
principios, siendo que es un cálculo de configuraciones monoatómicas). Por consiguiente, la precisión del
cálculo depende de la habilidad de ECT para describir apropiadamente la energética del cristal monoatómico.
En general, el método provee una manera de estudiar las diferentes inhomogeneidades que pueden ser parte
de la estructura atómica, pero sigue siendo, en esencia, una descripción basada en un término volumétrico
con simetría radial. El cálculo de la energía química considera a la diversidad química del entorno del átomo
de referencia como un “defecto” en el cristal puro. Nuevamente, la precisión del cálculo depende de la
habilidad del método para capturar los detalles de las diferentes interacciones que describan al entorno de un
dado átomo.
Siendo que la energía estructural se calcula teniendo en cuenta un cristal monoatómico, toda la información
sobre una estructura ordenada en particular, está contenida exclusivamente en el término de energía química.
Esto introduce una limitación en el método original en cuanto a que la naturaleza del método perturbativo
que permite el cálculo de la energía ignora la posición relativa entre los diferentes átomos del entorno del
átomo de referencia y solo contempla el número total de vecinos. Por consiguiente, estructuras ordenadas
que difieren solo en la posición relativa de los átomos de diferentes especies, darían resultados idénticos.
Esta restricción, común a BFS y otros métodos semiempíricos de su clase, debe ser eliminada si el objetivo
es el cálculo de diagramas de fase. En este trabajo, presentamos una simple extensión de BFS que elimina
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