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Combined ab initio and experimental screening of phase stabilities in the Ce-Fe-Ti-X system (X = 3d and 4d metals)

  • One of the main challenges for the synthesis and application of the promising hard-magnetic compound CeFe11Ti is the formation of Laves phases that are detrimental for their thermodynamic stability and magnetic properties. In this paper, we present an ab initio based approach to modify the stability of these phases in the Ce-Fe-Ti system by additions of 3d and 4d elements. We combine highly accurate free-energy calculations with an efficient screening technique to determine the critical annealing temperature for the formation of Ce(Fe,X)11Ti. The central findings are the dominant role of the formation enthalpy at T = 0 K on chemical trends and the major relevance of partial chemical decompositions. Based on these insights, promising transition metals to promote the stability of the hard-magnetic phase, such as Zn and Tc, were predicted. The comparison with suction casting and reactive crucible melting experiments for Ce-Fe-Ti-X (X = Cu, Ga, Co, and Cr) highlights the relevance ofOne of the main challenges for the synthesis and application of the promising hard-magnetic compound CeFe11Ti is the formation of Laves phases that are detrimental for their thermodynamic stability and magnetic properties. In this paper, we present an ab initio based approach to modify the stability of these phases in the Ce-Fe-Ti system by additions of 3d and 4d elements. We combine highly accurate free-energy calculations with an efficient screening technique to determine the critical annealing temperature for the formation of Ce(Fe,X)11Ti. The central findings are the dominant role of the formation enthalpy at T = 0 K on chemical trends and the major relevance of partial chemical decompositions. Based on these insights, promising transition metals to promote the stability of the hard-magnetic phase, such as Zn and Tc, were predicted. The comparison with suction casting and reactive crucible melting experiments for Ce-Fe-Ti-X (X = Cu, Ga, Co, and Cr) highlights the relevance of additional phases and quaternary elements.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:H.I. Sözen, S. Ener, F. Maccari, B. Fayyazi, O. Gutfleisch, J. Neugebauer, Tilmann HickelORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Physical Review Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.4 Materialinformatik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Jahrgang/Band:7
Aufsatznummer:014410
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Density functional theory; Energy materials; Phase stability
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1103/PhysRevMaterials.7.014410
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-568850
ISSN:2475-9953
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:25.01.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:13.03.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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