Published April 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Influence of magnetic properties on elemental vacancy migration energy in Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9 high-entropy alloy

Creators

  • 1. Xi'an Jiaotong University
  • 2. Hassan Usman Katsina Polytechnic
  • 3. Yantai University
  • 4. Institute of Mechanics
  • 5. University of Chinese Academy of Sciences
  • 6. Shenzhen Academy of Aerospace Technology

Description

Randomly mixing ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) elements in high-entropy alloys (HEAs) can create fluctuating local magnetic moments that influence the energetics of point defects. In this study, we employed first-principles calculations to investigate the influence of magnetic properties on vacancy migration energy in Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, alongside equiatomic NiCoFeCrMn alloy. By examining structures with paramagnetism, ferromagnetism, and no spin polarization, our study reveals significant impacts of magnetic interactions on vacancy migration barriers, potentially altering the sequence of elemental migration energies if overlooked. In Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, the order of vacancy migration barriers is Co > Fe > Mn > Cr across all magnetic states, suggesting the dominant roles of atomic properties and inherent chemical bonding. Conversely, the NiCoFeCrMn HEA exhibits a pronounced magnetic state-dependent elemental migration energy order, indicating that magnetic interactions significantly influence vacancy migration behavior in this alloy. In addition, while FM elements generally exhibit higher migration barriers, AFM elements display lower barriers in the investigated Cantor alloys, with notable variations between the studied compositions. These findings underscore the critical role of magnetism in accurate migration energy calculations, which is important for studying chemically biased diffusion and radiation-induced segregation in HEAs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمكن أن يؤدي الخلط العشوائي بين العناصر المغناطيسية الحديدية (FM) والعناصر المضادة للمغناطيسية الحديدية (AFM) في السبائك عالية الإنتروبيا (HEAs) إلى خلق لحظات مغناطيسية محلية متقلبة تؤثر على طاقة العيوب النقطية. في هذه الدراسة، استخدمنا حسابات المبادئ الأولى للتحقيق في تأثير الخصائص المغناطيسية على طاقة هجرة الشواغر في Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9، إلى جانب سبيكة NiCoFeCrMn المتساوية. تكشف دراستنا عن تأثيرات كبيرة للتفاعلات المغناطيسية على حواجز هجرة الوظائف الشاغرة، مما قد يغير تسلسل طاقات الهجرة الأولية إذا تم التغاضي عنها، من خلال فحص الهياكل ذات المغناطيسية البارامغناطيسية، والمغناطيسية الحديدية، وعدم استقطاب الدوران. في Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9، يكون ترتيب حواجز هجرة الشواغر هو Co > Fe > Mn > Cr عبر جميع الحالات المغناطيسية، مما يشير إلى الأدوار المهيمنة للخصائص الذرية والرابطة الكيميائية المتأصلة. على العكس من ذلك، يُظهر NiCoFeCrMn HEA ترتيب طاقة هجرة مغناطيسية واضحة تعتمد على الحالة المغناطيسية، مما يشير إلى أن التفاعلات المغناطيسية تؤثر بشكل كبير على سلوك هجرة الشواغر في هذه السبيكة. بالإضافة إلى ذلك، في حين أن عناصر FM تظهر عمومًا حواجز هجرة أعلى، فإن عناصر AFM تعرض حواجز أقل في سبائك الكانتور التي تم التحقيق فيها، مع وجود اختلافات ملحوظة بين التراكيب المدروسة. تؤكد هذه النتائج على الدور الحاسم للمغناطيسية في حسابات طاقة الهجرة الدقيقة، وهو أمر مهم لدراسة الانتشار المتحيز كيميائيًا والفصل الناجم عن الإشعاع في تقييمات الأثر الصحي.

Translated Description (French)

Le mélange aléatoire d'éléments ferromagnétiques (FM) et antiferromagnétiques (AFM) dans des alliages à haute entropie (HEA) peut créer des moments magnétiques locaux fluctuants qui influencent l'énergie des défauts ponctuels. Dans cette étude, nous avons utilisé les calculs des premiers principes pour étudier l'influence des propriétés magnétiques sur l'énergie de migration des lacunes dans Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, aux côtés de l'alliage équiatomique NiCoFeCrMn. En examinant les structures avec paramagnétisme, ferromagnétisme et aucune polarisation de spin, notre étude révèle des impacts significatifs des interactions magnétiques sur les barrières de migration de vacance, altérant potentiellement la séquence des énergies de migration élémentaires si elles sont négligées. Dans Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, l'ordre des barrières de migration de vacance est Co > Fe > Mn > Cr dans tous les états magnétiques, suggérant les rôles dominants des propriétés atomiques et de la liaison chimique inhérente. Inversement, le NiCoFeCrMn HEA présente un ordre prononcé d'énergie de migration élémentaire dépendant de l'état magnétique, indiquant que les interactions magnétiques influencent de manière significative le comportement de migration de vacance dans cet alliage. En outre, alors que les éléments FM présentent généralement des barrières de migration plus élevées, les éléments AFM présentent des barrières plus faibles dans les alliages Cantor étudiés, avec des variations notables entre les compositions étudiées. Ces résultats soulignent le rôle critique du magnétisme dans les calculs précis de l'énergie de migration, ce qui est important pour l'étude de la diffusion biaisée chimiquement et de la ségrégation induite par le rayonnement dans les HEA.

Translated Description (Spanish)

Mezclar aleatoriamente elementos ferromagnéticos (FM) y antiferromagnéticos (AFM) en aleaciones de alta entropía (HEA) puede crear momentos magnéticos locales fluctuantes que influyen en la energía de los defectos puntuales. En este estudio, empleamos cálculos de primeros principios para investigar la influencia de las propiedades magnéticas en la energía de migración de vacantes en Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, junto con la aleación equiatómica NiCoFeCrMn. Al examinar las estructuras con paramagnetismo, ferromagnetismo y sin polarización de espín, nuestro estudio revela impactos significativos de las interacciones magnéticas en las barreras de migración de vacantes, lo que podría alterar la secuencia de energías de migración elementales si se pasa por alto. En Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9, el orden de las barreras de migración vacantes es Co > Fe > Mn > Cr en todos los estados magnéticos, lo que sugiere los roles dominantes de las propiedades atómicas y la unión química inherente. Por el contrario, el NiCoFeCrMn HEA exhibe un pronunciado orden de energía de migración elemental dependiente del estado magnético, lo que indica que las interacciones magnéticas influyen significativamente en el comportamiento de migración de vacantes en esta aleación. Además, mientras que los elementos FM generalmente exhiben barreras de migración más altas, los elementos AFM exhiben barreras más bajas en las aleaciones Cantor investigadas, con variaciones notables entre las composiciones estudiadas. Estos hallazgos subrayan el papel crítico del magnetismo en los cálculos precisos de la energía de migración, que es importante para estudiar la difusión químicamente sesgada y la segregación inducida por la radiación en los HEA.

Files

045137_1_5.0205517.pdf.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير الخصائص المغناطيسية على طاقة هجرة الشواغر الأولية في سبيكة Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9 عالية الإنتروبيا
Translated title (French)
Influence des propriétés magnétiques sur l'énergie de migration de vacance élémentaire dans l'alliage à haute entropie Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9
Translated title (Spanish)
Influencia de las propiedades magnéticas en la energía de migración de vacantes elementales en la aleación Fe49.5Mn29.4Co10.1Cr10.1C0.9 de alta entropía

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4395053741
DOI
10.1063/5.0205517

Is supplement to
https://openalex.org/W4236061742 (Other)
https://openalex.org/W2808200865 (Other)
https://openalex.org/W2383621719 (Other)
https://openalex.org/W2373500183 (Other)
https://openalex.org/W2362000966 (Other)
https://openalex.org/W2358755447 (Other)
https://openalex.org/W2082178659 (Other)
https://openalex.org/W2073839572 (Other)
https://openalex.org/W2037778744 (Other)
https://openalex.org/W2022300287 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1167040955
  • https://openalex.org/W1530708443
  • https://openalex.org/W1968985108
  • https://openalex.org/W1979067530
  • https://openalex.org/W1980370048
  • https://openalex.org/W2000500972
  • https://openalex.org/W2007056718
  • https://openalex.org/W2050011470
  • https://openalex.org/W2052034734
  • https://openalex.org/W2058085399
  • https://openalex.org/W2069637099
  • https://openalex.org/W2074578501
  • https://openalex.org/W2076182158
  • https://openalex.org/W2121817924
  • https://openalex.org/W2122427541
  • https://openalex.org/W2150687058
  • https://openalex.org/W2262110310
  • https://openalex.org/W2299593614
  • https://openalex.org/W2440657949
  • https://openalex.org/W2494503302
  • https://openalex.org/W2566042262
  • https://openalex.org/W2741604767
  • https://openalex.org/W2748869433
  • https://openalex.org/W2782516741
  • https://openalex.org/W2782803471
  • https://openalex.org/W2905905502
  • https://openalex.org/W2939413009
  • https://openalex.org/W2946477899
  • https://openalex.org/W2951539866
  • https://openalex.org/W2966043710
  • https://openalex.org/W2990215226
  • https://openalex.org/W3001455898
  • https://openalex.org/W3019329693
  • https://openalex.org/W3093394451
  • https://openalex.org/W3161502382
  • https://openalex.org/W3163069550
  • https://openalex.org/W4220880556
  • https://openalex.org/W4224225099
  • https://openalex.org/W4313398582
  • https://openalex.org/W4321225162