Молекулярно-динамическое исследование взаимодействия примесных атомов углерода, азота и кислорода с собственными межузельными атомами в никеле, серебре и алюминии
УДК 541.1
Аннотация
С помощью метода молекулярной динамики изучено взаимодействие примесных атомов углерода, азота и кислорода с собственными межузельными атомами в ГЦК металлах: никеле, серебре и алюминии. Найдено, что собственный межузельный атом мигрирует в кристаллической решетке посредством двух механизмов: гантельного и краудионного. При этом для первого механизма, который заключается в смещении на одно межатомное расстояние и поворот гантели <001>, характерны ломаные траектории миграции атомов, для второго — прямые вдоль плотно-упакованных направлений <011> в кристалле.Рассчитаны энергии связи примесных атомов с собственными межузельными атомами в Ni, Ag и Al. Показано, что примесные атомы являются эффективными «ловушками» для сравнительно быстро мигрирующих в кристалле межузельных атомов. При взаимодействии межузельного атома и атома примеси межузельный атом принимает гантельную конфигурацию с осью вдоль направления <001>, а примесной атом располагается в ближайшей октаэдрической поре. Выяснено, что подвижность межузельных атомов существенно снижается из-за наличия примесей в металле. Введение 10 % атомов примеси приводило к росту энергии миграции межузельных атомов в несколько раз. При этом вклад краудионного механизма заметно снижался, а гантельного — повышался.
Скачивания
Metrics
Литература
Goldschmidt H.J. Interstitial Alloys. London, 1967. DOI: 10.1007/978-1-4899-5880-8.
Toth L.E. Transition metal carbides and nitrides. New York, 1971.
Lee B.-J. A modified embedded-atom method interatomic potential for the Fe-C system // Acta Materialia. 2006. Vol. 54. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.09.034.
Domain C., Becquart C.S., Foct J. Ab initio study of foreign interstitial atom (C, N) interactions with intrinsic point defects in α-Fe // Physical Revew B. 2004. Vol. 69. 144112. DOI: 10.1103/PhysRevB.69.144112.
Poletaev G.M., Starostenkov M.D. Contributions of different mechanisms of self-diffusion in face-centered cubic metals under equilibrium conditions // Physics of the Solid State. 2010. Vol. 52. № 6.
Mahmoud S., Trochet M., Restrepo O.A., Mousseau N. Study of point defects diffusion in nickel using kinetic activation-relaxation technique // Acta Materialia. 2018. Vol. 144. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.11.021.
Osetsky Yu.N., Serra A., Priego V., Gao F.,Bacon D.J. Mobility of Self-Interstitials in FCC and BCC Metals // MRS Online Proceeding Library. 1998. Vol. 527. DOI: 10.1557/ PROC-527-49.
Bukkuru S., Bhardwaj U., Srinivasa Rao K., Rao A.D.P, Warrier M., Valsakumar M.C. Kinetics of self-interstitial migration in BCC and FCC transition metals // Materials Research Express. 2018. Vol. 5. № 3. DOI: 10.1088/2053-1591/ aab418.
Pauling L. The Nature of the Chemical Bond, Third Edition. Ithaca, 1960.
Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys // Physical Review B. 1993. Vol. 48. № 1. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
Poletaev G.M., Zorya I.V., Rakitin R.Y., Iliina M.A. Interatomic potentials for describing impurity atoms of light elements in FCC metals // Materials Physics and Mechanics. 2019. Vol. 42. № 4.
Полетаев Г.М., Зоря И.В., Старостенков М.Д., Ракитин РЮ., Табаков П.Я. Молекулярно-динамическое исследование миграции границ зерен наклона в Ni и Ni3Al // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2019. Т. 155. № 1.
Полетаев Г.М., Новоселова Д.В., Зоря И.В., Старостенков М.Д. Исследование формирования избыточного свободного объема в тройных стыках границ зерен при кристаллизации на примере никеля // Физика твердого тела. 2018. Т. 60. № 5. DOI: 10.21883/ FTT.2018.05.45775.062.
Poletaev G., Zorya I., Rakitin R. Molecular dynamics study of migration mechanism of triple junctions of tilt boundaries in fcc metals // Computational Materials Science. 2018. Vol. 148. DOI: 10.1016/j.commatsci.2018.02.047.
Poletaev G.M., Zorya I.V., Novoselova D.V., Starostenkov M.D. Molecular dynamics simulation of hydrogen atom diffusion in crystal lattice of fcc metals // International Journal of Materials Research. 2017. Vol. 108. № 10. DOI: 10.3139/146.111556.
Ruda M., Farkas D., Garcia G. Atomistic simulations in the Fe-C system // Computational Materials Science. 2009. Vol. 45. DOI: 10.1016/j.commatsci.2008.11.020.
Vashishta P., Kalia R.K., Nakano A., Rino J.P. Interaction potentials for alumina and molecular dynamics simulations of amorphous and liquid alumina // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 103. DOI: 10.1063/1.2901171.
San Miguel M.A., Sanz J.F. Molecular-dynamics simulations of liquid aluminum oxide // Physical Review B. 1998. Vol. 58. DOI: 10.1103/PhysRevB.58.2369.
Волленбергер Г.Й. Точечные дефекты / В кн.: Физическое металловедение. Т. 3. Физико-механические свойства металлов и сплавов / под ред. Р. Кана. М., 1987.
Zhao P., Shimomura Y. Molecular dynamics calculations of properties of the self-interstitials in copper and nickel // Computational Materials Science. 1999. Vol. 14. DOI: 10.1016/ S0927-0256(98)00077-9.
Кирсанов В.В. Атомные механизмы диффузии и дефекты кристаллов // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 9.
Stepanov V.A. Radiation-stimulated diffusion in solids // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 1998. Vol. 43. № 8. DOI: 10.1134/1.1259104.
Dmitriev S.V., Medvedev N.N., Chetverikov A.P., Zhou K., Velarde M.G. Highly enhanced transport by supersonic N-crowdions // Phys. Status Solidi RRL. 2017. Vol. 11. DOI: 10.1002/pssr.201700298.
Орлов А.Н., Трушин Ю.В. Энергии точечных дефектов в металлах. М., 1983.
