Молекулярно-динамическое исследование взаимодействия примесных атомов углерода, азота и кислорода с собственными межузельными атомами в никеле, серебре и алюминии

УДК 541.1

  • Ирина Васильевна Зоря Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия) Email: zorya.i@mail.ru
  • Геннадий Михайлович Полетаев Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия) Email: gmpoletaev@mail.ru
Ключевые слова: молекулярная динамика, металл, межузельный атом, примесь, энергия связи, диффузия, механизм диффузии

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

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Ирина Васильевна Зоря, Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

кандидат технических наук, доцент, проректор по учебной работе

Геннадий Михайлович Полетаев, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования

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.

Опубликован
2021-03-17
Как цитировать
Зоря И. В., Полетаев Г. М. Молекулярно-динамическое исследование взаимодействия примесных атомов углерода, азота и кислорода с собственными межузельными атомами в никеле, серебре и алюминии // Известия Алтайского государственного университета, 2021, № 1(117). С. 27-32. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282021%291-04.