CC BY
3МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПОТОКОВ АТОМОВ ПРИМЕСЕЙ ЗАМЕЩЕНИЯ ПО ГРАНИЦЕ ЗЕРНА БИКРИСТАЛЛА ГЦК
ЖЕЛЕЗА
Максименко В. Н., Неласов И. В., Колобов Ю. Р.
ФИЦ ПХФ и МХРАН, Черноголовка, Россия, [email protected]
В данной работе методом молекулярной динамики исследовались диффузионные потоки алюминия, хрома и никеля по границе зерна общего типа в ГЦК железе. Для проведения данного исследования в программном пакете Atomsk [1] строился модельный образец бикристалла ГЦК железа размером 100x100x1000 Á. Далее по границе зерна бикристалла задавался градиент концентраций атомами замещения алюминия, хрома или никеля в модели случайного твердого раствора.
Молекулярно-динамическое моделирование NPT ансамбля для ряда температур от 300 K до 1000 K построенных модельных бикристаллов проводилось в программном пакете LAMMPS [2] с использованием потенциалов межатомного взаимодействия для системы Fe-Ni-Cr-Co-Al [3]. Результаты данного моделирования анализировались методами определения типа структуры по общим соседям, дислокационным анализом (реализованы в программном пакете OVITO [4]).
Получено, что при всех рассмотренных температурах для всех систем сплавов после молекулярно-динамического моделирования наблюдаются качественно схожие результаты, а именно: наличие в одном зерне бикристалла двойникования (в основном около областей с меньшими концентрациями атомов для случаев примесей алюминия и хрома) и повышенную концентрацию вакансий во втором зерне. Также общим результатом молекулярно-динамического моделирования для всех случаев примесей является наличие дислокационных петель в обоих зернах бикристалла.
На основе результатов моделирования был сделан вывод о том, что градиент концентрации примеси, соответствующий ситуации при наличии зернограничного диффузионного потока по границе зерна бикристалла железа, приводит к возникновению неоднородности структуры приграничных областей по разные стороны от границы зерна и, как следствие, к различной диффузионной проницаемости указанных областей для атомов легирующих элементов. Рассматриваемая ситуация соответствует формированию градиента химического потенциала в перпендикулярном плоскости границы зерна направлении, т.е. появлении движущей силы миграции границы (явление, известное как инициированная диффузией миграция границ зерен, в англоязычной терминологии -«DIGM»). Это согласуется с результатами проведенных ранее исследований явления DIGM [5-7].
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 22-13-00324).
Список литературы
1. Hirel P. Computer Physics Communications. - 2015. - Т. 197. - С. 212-219.
2. https://lammps.org.
3. Farkas D., Caro A. Journal of materials research. - 2020. - Т. 35. - №. 22. - С. 3031-3040.
4. Stukowski A. Modelling and simulation in materials science and engineering. - 2009. - Т. 18. -№. 1. - С. 015012.
5. Колобов Ю. Р. 1998. - Т. 184. - С. 4.
6. Ma C. Y. et al. Acta metallurgica et materialia. - 1995. - Т. 43. - №. 8. - С. 3113-3124.
7. Kajihara M. Scripta materialia. - 2006. - Т. 54. - №. 10. - С. 1767-1772.
