Kim loại và hợp kim là những vật liệu có lịch sử phát triển từ lâu đời và được sử dụng ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Có hai loại hợp kim là hợp kim thay thế (HKTT) và hợp kim xen kẽ (HKXK). Đối với HKTT, các nguyên tử kim loại ở nút mạng được thay thế bởi các nguyên tử kim loại khác có kích thước gần như nhau và sự thay thế này có thể là trật tự hoặc không trật tự. Đối với HKXK, các nguyên tử xen kẽ thường là các phi kim như silic, cacbon, hiđrô, liti, … có kích thước nhỏ hơn so với kích thước nguyên tử kim loại chính. Kim loại, hợp kim nói chung và HKXK nói riêng có vai trò to lớn đối với cuộc sống của con người. Hiệu suất của máy biến áp được cải thiện đáng kể bằng cách bổ sung các nguyên tử silic vào các lõi thép của máy biến áp một thiết bị được sử dụng phổ biến để truyền tải và phân phối điện năng 98. Hợp kim thép với hàm lượng silic cao có điện trở suất lớn và độ từ thẩm cao nên được dùng làm rôto và stato trong động cơ và máy phát điện để giảm bớt tổn hao do dòng điện xoáy. Thép là một dạng HKXK điển hình có tầm quan trọng đặc biệt trong xây dựng, giao thông vận tải, chế tạo máy,... Một HKXK của Fe là FeC gọi là thép cacbon chiếm tỷ trọng lớn trong ngành công nghiệp thép. Có nhiều nghiên cứu nâng cao tính năng của các vật liệu siêu dẫn để tạo ra các thiết bị hiện đại như máy gia tốc mạnh, máy đo điện trường siêu chuẩn xác, dụng cụ ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc, máy quét cộng hưởng từ dùng trong y học, …. Các kim loại chuyển tiếp và HKXK của chúng như Cu, Au, CuSi, AuSi, …
MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Kim loại hợp kim vật liệu có lịch sử phát triển từ lâu đời sử dụng ngày phổ biến ngành công nghiệp sống hàng ngày Có hai loại hợp kim hợp kim thay (HKTT) hợp kim xen kẽ (HKXK) Đối với HKTT, nguyên tử kim loại nút mạng thay nguyên tử kim loại khác có kích thước gần thay trật t ự khơng trật tự Đối với HKXK, nguyên tử xen kẽ thường phi kim silic, cacbon, hiđrô, liti, … có kích thước nhỏ so với kích thước ngun tử kim loại Kim loại, hợp kim nói chung HKXK nói riêng có vai trị to lớn sống người Hiệu suất máy biến áp cải thiện đáng kể cách bổ sung nguyên tử silic vào lõi thép máy biến áp - thiết bị sử dụng phổ biến để truyền tải phân phối điện [98] Hợp kim thép với hàm lượng silic cao có điện trở suất lớn độ từ thẩm cao nên dùng làm rôto stato động máy phát điện để giảm bớt tổn hao dịng điện xốy Thép dạng HKXK điển hình có tầm quan trọng đặc biệt xây dựng, giao thông vận tải, chế tạo máy, Một HKXK Fe FeC gọi thép cacbon chiếm tỷ trọng lớn ngành cơng nghiệp thép Có nhiều nghiên cứu nâng cao tính vật liệu siêu dẫn để tạo thiết bị đại máy gia tốc mạnh, máy đo điện trường siêu chuẩn xác, dụng cụ ngắt mạch điện từ máy tính điện tử siêu tốc, máy quét cộng hưởng từ dùng y học, … Các kim loại chuyển tiếp HKXK chúng Cu, Au, CuSi, AuSi, … ứng dụng nhiều công nghệ chế tạo dây siêu dẫn [109] Các hợp kim sắt crôm ứng dụng rộng rãi lò phản ứng hạt nhân (Olsson cộng sự, 2003) [100] Khả chống gỉ thép khơng gỉ có mặt nguyên tử crôm hợp kim để tạo lớp màng bảo vệ vật liệu Tính chất đặc biệt ứng dụng để sản xuất nhiều loại hàng hóa gia dụng Sắt HKXK FeSi, FeC, FeH, FeS,… chiếm phần lớn lõi Trái Đất thiên thể (Shibazaki cộng sự, 2016) [111] Việc nghiên cứu tính chất nhiệt HKXK điều kiện nhiệt độ áp suất cao cung cấp cho nhận thức đầy đủ thành phần, cấu trúc trình vận động Trái Đất thiên thể HKXK có vai trị quan trọng sống người từ lâu thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm [6,7,17,31,34-36,45-54,72, 76,78-80,89,97,98,103-105,111,123,125,132-134] Mặc dù có nồng độ nhỏ nguyên tử xen kẽ có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật lí hợp kim Trong cơng trình thực nghiệm (2016) [111] vận tốc sóng âm điều kiện nhiệt độ lên đến 800 K áp suất lên đến 6,3 GPa, Shibazaki cộng ảnh hưởng nhiệt độ lên vận tốc sóng đàn hồi cấu trúc LPTK Fe lớn nhiều so với cấu trúc B20 hợp kim FeSi vận tốc âm hợp kim Fe phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể mà phụ thuộc vào nồng độ nguyên tố xen kẽ Theo kết nghiên cứu ab initio Psiachos cộng (2011) [104] tính chất đàn hồi HKXK FeH với nồng độ nguyên tử hiđrô lên đến 11%, nồng độ nguyên tử hiđrô xen kẽ tăng, số mạng FeH tăng số đàn hồi, môđun đàn hồi FeH giảm đáng kể cách tuyến tính Bằng phương pháp ab initio cơng trình (2003) [100], Olsson cộng tính tốn số mạng, môđun nén khối hợp kim FeCr Bằng ab initio, cơng trình (2010) [131], Zhang cộng tính tốn đại lượng đàn hồi hợp kim sắt từ Fe 1−xMx (M = Al, Si, V, Cr, Mn, Co, Ni, Rh nồng độ x lên tới 10%) đa tinh thể Một hợp kim thường có nhiều thành phần Thép khơng gỉ ví dụ kết hợp HKXK HKTT nguyên tử cacbon làm nguyên tử xen kẽ nguyên tử sắt thay ngun tử niken crơm Có nhiều nghiên cứu lý thuyết hợp kim ba thành phần chẳng hạn nghiên cứu FeCrSi Zhang cộng (2020) [132], nồng độ Si Cr ảnh hưởng đến hệ số giãn nở nhiệt môđun Young Các hợp kim AuSi CuSi từ lâu thu hút quan tâm nhà nghiên cứu ứng dụng tính chất vật lí dị thường chúng Nhiệt độ nóng chảy, mơđun Young hợp kim Au-3%Si xem xét nghiên cứu Olsen Berg (1973) [101] Smith Burns (1953) [114] đưa kết thực nghiệm số đàn hồi Cu-4%Si Kim loại Au thường sử dụng làm đồ trang sức Theo nghiên cứu Tobón cộng (2015) [123], hợp kim AuSi có màu tương tự Au và có thể sản xuất hợp kim Au với nồng độ Si 2,5; 2,8 3,0%. Độ cứng AuSi khoảng 110 HV lớn so với hợp kim vàng truyền thống có độ tinh khiết cao Sự phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy AlCuSi1% vào nồng độ Cu khoảng từ đến 5% phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy AlCu 4%Si vào nồng độ Si khoảng từ đến 1,2% nghiên cứu phương pháp tính tốn giản đồ pha (CALPHAD) Hallstedt cộng (2016)[36] Novelo cộng (2015) [97] đưa kỹ thuật đơn giản chi phí thấp để chế tạo hợp kim AuCuSi với nồng độ kiểm soát Loại hợp kim có ích cho ổn định nhiệt nhiệt độ cao thiết bị điện tử Nghiên cứu khuếch tán hợp kim LPTD CuSi, AlSi AlCuSi CALPHAD thực cơng trình Cao cộng (2013) [17] Có nhiều phương pháp lý thuyết nghiên cứu biến dạng kim loại hợp kim phương pháp ab initio [110,124,125,127,131-133], phương pháp MD [16,19, 58,65,89,94,130, DFT [68,69,72,98,100,104], phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng (MEAM) [32,76,78], Các nghiên cứu nói tập trung vào phần biến dạng đàn hồi, biến dạng phi tuyến chủ yếu nghiên cứu phương pháp thực nghiệm [66] (Khatibi cộng sự, 2018), [113] (Smith cộng sự, 2020) Các nghiên cứu xét cho kim loại HKTT [16,19,27,32,65,79,91,100,102,110,130,131], chưa xét đến ảnh hưởng nhiệt độ áp suất [16,98,100,104,131,132], Từ cuối năm 1990 trở lại đây, tác giả Tang, Hung cộng đề xuất, phát triển phương pháp nghiên cứu có tên gọi phương pháp thống kê mômen (PPTKMM) [118-121], PPTKMM phương pháp tính tốn vật lí thống kê sử dụng để nghiên cứu tính chất nhiệt động [45,51], đàn hồi [4,48], nóng chảy [52-54], khuếch tán [3,7], chuyển pha cấu trúc [87], điện [55], loại tinh thể kim loại [59,61], hợp kim [6,60], chất bán dẫn [38], khí trơ [5], ơxít [21,74], với nhiều loại cấu trúc LPTK [46,49], LPTD [47,50] LGXC [22], nhận kết tính số phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm kết tác giả nghiên cứu phương pháp lý thuyết khác Nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố tạp chí khoa học có uy tín ngồi nước, nhiều luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ bảo vệ khẳng định thành công PPTKMM Hiệu bật PPTKMM thể hai điểm Thứ PPTKMM phương pháp nghiên cứu giải tốt tốn dao động phi điều hịa mạng tinh thể, biểu thức đại lượng nhiệt động đàn hồi tính thơng qua việc tính mơmen Các mơmen bậc cao tính qua mơmen bậc thấp với độ xác cao Thứ hai biểu thức đại lượng nhiệt động đàn hồi rút dạng biểu thức giải tích đơn giản, mơ tả rõ phụ phụ thuộc vào đại lượng khác, thuận tiện cho việc tính số dễ dàng so sánh kết tính số theo PPTKMM với số liệu thực nghiệm kết tính toán theo phương pháp khác Trước đây, Hung Hoa sử dụng PPTKMM để xây dựng lý thuyết biến dạng đàn hồi phi tuyến kim loại HKTT hai thành phần [4,59-61] Trong cơng trình [51], Hoc cộng sử dụng PPTKMM để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nồng độ nguyên tử xen kẽ đến tính chất nhiệt động HKXK hai thành phần có cấu trúc LPTK Tuy nhiên, việc nghiên cứu biến dạng HKXK PPTKMM tập trung vào phần biến dạng đàn hồi, vận tốc sóng đàn hồi, tính chất biến dạng phi tuyến, ảnh hưởng biến dạng đến khuếch tán chưa nghiên cứu Đồng thời kết nghiên cứu phương pháp lý thuyết khác sai lệch nhiều so với thực nghiệm Với tất lý kể trên, lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu biến dạng đàn hồi-phi tuyến kim loại, hợp kim xen kẽ hai ba thành phần” Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đại lượng đặc trưng cho biến dạng đàn hồi, vận tốc truyền sóng đàn hồi, đại lượng đặc trưng cho biến dạng phi tuyến ảnh hưởng biến dạng lên khuếch tán kim loại, HKXK hai ba thành phần với cấu trúc LPTD LPTK tính đến ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất, nồng độ nguyên tử xen kẽ (đối với HKXK) nồng độ nguyên tử thay (đối với HK ba thành phần) Phạm vi nghiên cứu luận án khoảng nhiệt độ từ K đến nhiệt độ nóng chảy kim loại hợp kim, nồng độ nguyên tử thay từ đến 10%, nồng độ nguyên tử xen kẽ từ đến 5% áp suất lên tới 100 GPa Phạm vi nghiên cứu thuận lợi cho việc tính số dễ so sánh với kết nghiên cứu thực nghiệm kết tính tốn phương pháp lý thuyết khác Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu phương pháp thống kê mômen số phương pháp tính gần phương pháp cầu phối vị, phương pháp gần phân bố nồng độ nguyên tử Việc tính số sử dụng phần mềm Maple, Origin Graph Grabber để lập trình, tính số vẽ đồ thị Các kết tính tốn lí thuyết lập bảng vẽ đồ thị nhằm đánh giá kết nhận được, so sánh với thực nghiệm kết tính toán phương pháp lý thuyết khác Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Luận án cung cấp thông tin biến dạng ảnh hưởng biến dạng lên khuếch tán HKXK Kết giải tích cho biết phụ thuộc nhiệt độ, áp suất, nồng độ thành phần hợp kim môđun đàn hồi, số đàn hồi, vận tốc sóng đàn hồi, mật độ lượng biến dạng, ứng suất thực cực đại, giới hạn biến dạng đàn hồi hệ số khuếch tán, phụ thuộc độ biến dạng hệ số khuếch tán HKXK, Luận án góp phần phát triển PPTKMM nghiên cứu tính chất vật liệu nói chung nghiên cứu biến dạng đàn dẻo, ảnh hưởng biến dạng lên khuếch tán kim loại HKXK nói riêng Các kết tính số luận án tư liệu tham khảo nhằm định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm đồng thời mở khả nghiên cứu biến dạng đàn dẻo kim loại HKXK có cấu trúc khác ví dụ LGXC… Những đóng góp luận án Luận án xây dựng biểu thức giải tích đại lượng đặc trưng biến dạng đàn hồi phi tuyến môđun đàn hồi, số đàn hồi, vận tốc sóng đàn hồi, mật độ lượng biến dạng, ứng suất thực cực đại giới hạn biến dạng đàn hồi phụ thuộc nhiệt độ, áp suất nồng độ thành phần HKXK hai ba thành phần Luận án xây dựng biểu thức giải tích hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ thành phần độ biến dạng HKXK hai ba thành phần Một số kết tính số đại lượng biến dạng PPTKMM gần thực nghiệm so với kết tính số phương pháp lý thuyết khác Các kết tính số khác PPTKMM dùng để dự đốn, định hướng thực nghiệm tương lai Cấu trúc luận án Nội dung luận án trình bày 139 trang với 48 bảng số, 33 hình vẽ đồ thị 134 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung luận án bao gồm chương sau: Chương 1: Trình bày nội dung HKXK, tổng quan biến dạng kim loại hợp kim, phương pháp lý thuyết phổ biến để nghiên cứu biến dạng kim loại hợp kim, nội dung PPTKMM phương pháp nghiên cứu luận án Chương 2: Sử dụng PPTKMM để nghiên cứu biến dạng đàn hồi phi tuyến HKXK hai thành phần Chúng tơi tìm biểu thức giải tích tổng qt lượng tự Helmholtz, lượng liên kết thông số tinh thể cho loại nguyên tử khác HKXK, khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử, đại lượng đặc trưng biến dạng đàn hồi môđun đàn hồi đẳng nhiệt đoạn nhiệt, môđun Young, môđun nén khối, môđun trượt, số đàn hồi, vận tốc sóng dọc sóng ngang, đại lượng đặc trưng cho biến dạng phi tuyến mật độ lượng biến dạng, ứng suất thực cực đại, giới hạn biến dạng đàn hồi để xác định đường cong ứng suất – độ biến dạng phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất nồng độ nguyên tử xen kẽ HKXK hai thành phần với cấu trúc LPTK LPTD Sau đó, chúng tơi áp dụng kết lý thuyết thu để tính số cho số kim loại HKXK hai thành phần có so sánh với thực nghiệm tính tốn phương pháp lý thuyết khác Chương 3: Sử dụng PPTKMM để tìm biểu thức giải tích cho đại lượng vật lí chương phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ nguyên tử thay nồng độ nguyên tử xen kẽ HKXK ba thành phần với cấu trúc LPTK LPTD Sau đó, chúng tơi áp dụng kết lý thuyết thu để tính số cho số HKXK ba thành phần có so sánh với thực nghiệm tính tốn phương pháp lý thuyết khác Chương 4: Sử dụng PPTKMM để rút biểu thức giải tích cho đại lượng đặc trưng cho tượng khuếch tán lượng kích hoạt, hệ số trước hàm mũ hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ nguyên tử thay thế, nồng độ nguyên tử xen kẽ độ biến dạng HKXK hai ba thành phần với cấu trúc LPTK LPTD Sau đó, chúng tơi áp dụng kết lý thuyết thu để tính số cho số kim loại HKXK hai thành phần có so sánh với thực nghiệm tính tốn phương pháp lý thuyết khác Nội dung luận án công bố báo tạp chí khoa học nước quốc tế báo cáo hội nghị khoa học chuyên ngành quốc gia quốc tế Hội nghị Vật lí lý thuyết Quốc gia lần thứ 42(NCTP42), Cần Thơ, 31/73/8/2017; Hội nghị Vật lí chất rắn khoa học vật liệu Quốc gia lần thứ 10 (SPMS2017), Huế, 19-21/10/2017; Hội nghị Quốc tế Hiệp hội Khoa học vật liệu tính tốn châu Á Mơ hình hóa nhiều cấp độ vật liệu phát triển bền vững (ACCMS-TM 2018), Đại học Quốc gia Hà Nội – 9/9/2018 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Trong chương 1, chúng tơi trình bày tổng quan đối tượng hợp kim xen kẽ hai ba thành phần, lý thuyết biến dạng đàn hồi phi tuyến kim loại hợp kim xen kẽ, vận tốc sóng đàn hồi ảnh hưởng biến dạng lên khuếch tán vật liệu, phương nghiên cứu biến dạng kim loại hợp kim có phương pháp nghiên cứu luận án PPTKMM 1.1 Hợp kim xen kẽ Hình 1.1 Vị trí ngun tử H khoảng trống tứ diện hai ô sở mạng Fe cấu trúc LPTK Các đường nét đứt hướng từ nguyên tử H tới nguyên tử Fe gần (màu đỏ) [104] Trong HKXK, kim loại thành phần quan trọng thường chiếm nồng độ từ 90% trở lên gọi kim loại (kim loại mẹ hay kim loại sở) Ngồi kim loại chính, HKXK cịn có thành phần khác thường phi kim Đó tác nhân tạo hợp kim chiếm nồng độ nhỏ [35] Đôi HKXK hợp chất xen kẽ nguyên tố tạo thành hợp chất liên kết hóa học Hợp chất xen kẽ thường dung dịch rắn nguyên tử xen kẽ giống chất tan dung môi nguyên tử kim loại Các phi kim quan trọng HKXK H, B, C, N, O, Si, Cấu trúc tinh thể HKXK cấu trúc tinh thể kim loại định Hình 1.1 ví dụ vị trí nguyên tử xen kẽ H khoảng trống tứ diện hai ô sở mạng Fe với cấu trúc LPTK theo nghiên cứu Psiachos cộng (2011) [104] Trên hình này, vòng tròn rỗng minh họa nguyên tử Fe nút mạng, vòng tròn đặc nhỏ minh họa nguyên tử H đường nét đứt hướng từ nguyên tử H tới nguyên tử Fe lân cận gần (hình trịn màu xanh) Trong 109 cấu trúc tinh thể kim loại túy biết, có 55 cấu trúc (chiếm 50%) với số phối vị 12 gần 12 số cấu trúc lại với số phối vị nhỏ [35] Các kim loại thường có cấu trúc LPTK, LPTD LGXC Trong HKXK hai thành phần, nguyên tử kim loại nút mạng tinh thể giữ nguyên xen kẽ vào chỗ trống ngun tử khác có kích thước bé silic, liti, hiđrô, … với nồng độ hạt xen kẽ nhỏ cỡ vài phần trăm [35] Các hợp kim FeSi, FeC, FeH, FeS, HKXK phổ biến Fe chúng chiếm phần lớn lõi Trái Đất thiên thể (Shibazaki cộng sự, 2016) [111] Trong số HKXK Fe sử dụng cơng nghiệp, có đến 80% sản lượng FeC Do FeC có độ cứng cao, độ bền đạt yêu cầu với nhiều tính chất vật lí đặc biệt nên FeC thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Trong nghiên cứu Takeuchi (1969) [117] số đàn hồi FeC, nồng độ nguyên tử C xem xét đến 2,3% Melnykov Davidchack (2018) [89] sử dụng mô MD theo cách tiếp cận pha tồn để khảo sát nóng chảy FeC áp suất không Nghiên cứu sử dụng nhiều hạt cụm khuyết tật điểm hợp kim Fe-C Lau cộng (2007) [72] Nghiên cứu cấu trúc, tính chất đàn hồi nhiệt động FeC phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng (2014) [78] Nghiên cứu nóng chảy hợp kim kẽ FeC cấu trúc FCC, có khuyết tật, áp suất lên đến 100 GPa PPTKMM Hoc cộng (2020) [52] Ngoài cacbon, mạng tinh thể Fe cịn xen kẽ nhiều loại ngun tử khác có H Trong thời gian gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu FeH ở áp suất cao nghiên cứu Pépin cộng (2014) [103], Terasaki cộng (2012) [122] cung cấp thông tin lõi Trái Đất Trong nghiên cứu Psiachos cộng (2011) [104] HKXK FeH tính tốn DFT, nồng độ ngun tử H xem xét đến 11,1% Theo kết thu công trình này, có giảm tuyến tính số đàn hồi mô đun đàn hồi tăng số mạng FeH theo tăng nồng độ nguyên tử H Lee Jang (2007) [76] xem xét tương tác nguyên tử FeH phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng (MEAM) Việc nghiên cứu nguyên tử Si xen kẽ vào mạng tinh thể kim loại thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Theo nghiên cứu Shibazaki cộng (2016) [111] vận tốc sóng âm FeSi điều kiện nhiệt độ lên tới 800 K áp suất lên đến 6,3 GPa, vận tốc sóng âm hợp kim Fe khơng phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể mà phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố nhẹ xen kẽ Như nghiên cứu Odkhuu cộng (2012) [98] điện trở suất độ từ thẩm, hợp kim FeSi góp phần giảm thất lượng để chế tạo thiết bị thân thiện môi trường Các hợp kim AuSi CuSi từ lâu thu hút quan tâm nhà nghiên cứu ứng dụng tính chất vật lí dị thường chúng Nhiệt độ nóng chảy, mơđun Young hợp kim AuSi3% xem xét nghiên cứu Olsen Berg (1973) [101] Smith Burns (1953) [114] đưa kết thực nghiệm số đàn hồi CuSi 4% Theo nghiên cứu Tobón cộng (2015) [123], hợp kim AuSi có màu tương tự màu đồ trang sức Au cao cấp, có thể sản xuất hợp kim vàng với nồng dộ Si 2,5%; 2,8% 3,0%. Sự phụ thuộc nhiệt độ nóng chảy vào nồng độ nguyên tử xen kẽ Si TaSi, WSi P = xác định tính tốn CALPHAD Guo cộng (2000) [34] Nghiên cứu nóng chảy, bước nhảy thể tích, Entanpi Entropy điểm nóng chảy HKXK hai thành phần WSi với cấu trúc LPTK, có khuyết tật, tác dụng áp suất PPTKMM Hoc cộng (2021) [53] Trong thực tế, hợp kim thường có nhiều thành phần với nồng độ khác Hợp kim ba thành phần nghiên cứu luận án hợp kim ba thành phần vừa thay vừa xen kẽ Ta gọi HKXK ba thành phần Trong hợp kim thay (HKTT), nguyên tử kim loại nút mạng thay nguyên tử kim loại khác có tính chất đối xứng tinh thể có kích thước gần với kích thước nguyên tử kim loại Vì thế, kim loại thay thường nằm gần kim loại bảng hệ thống tuần hồn nguyên tố Nguyên tử xen kẽ HKXK ba thành phần giống nguyên tử xen kẽ HKXK hai thành phần thường phi kim Vật liệu thép không gỉ ứng dụng phổ biến đời sống người ví dụ điển hình kết hợp HKXK HKTT, nguyên tử xen kẽ cacbon nguyên tử thay niken crơm Có nhiều nghiên cứu lý thuyết hợp kim ba thành phần ví dụ cơng trình Zhang cộng (2020) [132] nghiên cứu hợp kim FeCrSi với cấu trúc LPTK Cơng trình chủ yếu quan tâm đến hợp kim gốc Fe tính tốn số tương đối nhỏ cấu trúc giàu Cr Để tiết kiệm thời gian bao phủ vùng nồng độ Cr tương đối lớn nhằm đảm bảo độ xác kết quả, họ sử dụng hợp kim FeCr 28% FeCr26%Si1% Năng lượng tạo thành, mômen từ số đàn hồi tính tốn khn khổ DFT có sử dụng phép gần građiên suy rộng (GGA) gói mơ ab initio 10