Title

CÁLCULOS AB INITIO E MODELAMENTO TERMODINÂMICO NO SISTEMA Nb-Ni-Si

AB INITIO CALCULATIONS AND THERMODYNAMIC MODELLING OF THE Nb-Ni-Si SYSTEM

Authorship

Eleno, Luiz Tadeu Fernandes; Schön, Cláudio Geraldo; Petrilli, Helena Maria

Eleno, Luiz Tadeu Fernandes

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Schön, Cláudio Geraldo

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Petrilli, Helena Maria

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DOI

10.5151/2594-5327-21284

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Abstract

O sistema Nb-Ni-Si é de importância para diversas aplicações tecnológicas. No entanto, nenhum levantamento experimental ou modelamento teórico foi realizado desde a década de 1960. Os subsistemas binários encontram-se bem descritos na literatura, cada um deles com diversos modelamentos realizados. Há, portanto, uma sólida base para o início do modelamento termodinâmico do sistema ternário. Existem pelo menos cinco fases ternárias neste sistema, todas observadas a 800°C por Gladyshevskii et al (1969). O objetivo do presente trabalho é calcular as energias de formação destes cinco compostos ternários, utilizando métodos ab initio de cálculo de estrutura eletrônica. Estas informações são então incorporadas em um modelamento termodinâmico, segundo o método Calphad. Os cálculos ab initio foram realizados com o código Wien2k, utilizando o método LAPW (Linearized- Augmented Plane Wave) e a aproximação GGA (Generalized Gradient Approximation) dentro do esquema de Kohn-Sham para a Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Os dados de estrutura eletrônica foram utilizados como entrada para o início do modelamento termodinâmico do sistema ternário. O módulo Parrot (Parameter Optimization) da máquina de cálculo Thermo-Calc foi utilizado para a otimização de parâmetros descritivos do sistema. O resultado apresenta uma boa concordância com os dados experimentais disponíveis.

The Nb-Ni-Si system is important for many technological applications. However, no experimental or theoretical modeling was conducted since the 1960’s. The binary subsystems are well described in the literature, each with different assessments. There is therefore a solid basis for the beginning of the thermodynamic modeling of the ternary system. There are at least Five ternary in the system, all observed at 800°C by Gladyshevskii et al (1969). The aim of this work is to calculate the formation energies of these five ternary compounds, using ab initio electronic structure calculations. This information is then incorporated into a thermodynamic modeling, according to the CALPHAD method. Ab initio calculations were performed with the code Wien2k, using the Full Potential - Linearized- Augmented Plane Wave (FP-LAPW) and the Generalized Gradient Approximation (GGA) within the Kohn-Sham scheme for the Density Functional Theory (DFT). The electronic structure data were used as input to the thermodynamic modeling of the ternary system. The result shows a good agreement with available experimental data.

Keywords

Calphad; Ab initio; Termodinâmica computacional; Teoria do funcional da densidade.

Calphad; Ab initio; Computational thermodynamics; Density functional theory.