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DFT-CEF approach for the thermodynamic properties and volume of stable and metastable Al-Ni compounds

Tumminello, Silvana und Palumbo, M. und Koßmann, Jörg und Hammerschmidt, Thomas und Alonso, P.R. und Sommadossi, S. und Fries, S. G. (2020) DFT-CEF approach for the thermodynamic properties and volume of stable and metastable Al-Ni compounds. Metals. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/met10091142. ISSN 2075-4701.

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Kurzfassung

The Al-Ni system has been intensively studied both experimentally and theoretically. The published first-principles calculations based on density-functional theory (DFT) typically investigate the stable phases of this system in their experimental stoichiometry. In this work, we present DFT calculations for the Al-Ni system that cover stable and metastable phases across the whole composition range for each phase. The considered metastable phases are relevant for applications as they are observed in engineering alloys based on Al-Ni. To model the Gibbs energies of solid phases of the Al-Ni system we combine our DFT calculations with the compound energy formalism (CEF) that takes the Bragg-Williams-Gorsky approximation for the configurational entropy. Our results indicate that the majority of the investigated configurations have negative energy of formation with respect to Al fcc and Ni fcc. The calculated molar volumes for all investigated phases show negative deviations from Zen’s law. The thermodynamic properties at finite temperatures of individual phases allow to predict the configurational contributions to the Gibbs energy. Applying a fully predictive approach without excess parameters, an acceptable topology of the DFT-based equilibrium phase diagram is obtained at low and intermediate temperatures. Further contributions can be added to improve the predictability of the method, such as phonons or going beyond the Bragg-Williams-Gorsky approximation that overestimates the stability range of the ordered phases. This is clearly demonstrated in the fcc order/disorder predicted metastable phase diagram.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137154/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:DFT-CEF approach for the thermodynamic properties and volume of stable and metastable Al-Ni compounds
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tumminello, SilvanaGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Palumbo, M.Universität Turin, ItalienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koßmann, JörgClouth Sprenger GmbH, Pferdsweide 47 (47441) Moers, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hammerschmidt, ThomasRuhr-Universität BochumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alonso, P.R.Instituto Sabato, Universidad Nacional de San Martín, Buenos Aires, Argentina and Gerencia de Materiales, Comisión Nacional de Energía Atómica, Buenos Aires, ArgentinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sommadossi, S.Caracterización de Materiales, Universidad Nacional del Comahue / IITCI-CONICET, Neuquén, ArgentinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fries, S. G.ICAMS, Ruhr University Bochum, Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 August 2020
Erschienen in:Metals
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3390/met10091142
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2075-4701
Status:veröffentlicht
Stichwörter:DFT; Calphad; multiphase equilibria, thermodynamic properties
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Antriebssystem und Energiemanagement (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Frank, Adina
Hinterlegt am:06 Nov 2020 10:23
Letzte Änderung:30 Jan 2024 11:26

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