Молекулярно-динамическое исследование взаимодействия примесных атомов углерода, азота и кислорода с собственными межузельными атомами в никеле, серебре и алюминии
УДК 541.1
DOI:
https://doi.org/10.14258/izvasu(2021)1-04Ключевые слова:
молекулярная динамика, металл, межузельный атом, примесь, энергия связи, диффузия, механизм диффузииАннотация
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
Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
