Исследование атомной структуры и диффузионной проницаемости ненапряженных тройных стыков границ зерен в никеле

• Автор: Дмитриенко, Дарья Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГРАНИЦ РАЗДЕЛА В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
1.1. Границы раздела в нанокристаллических материалах
1.2. Структура и свойства границ зерен
1.2.1. Основные типы и характеристики границ зерен
1.2.2. Диффузия вдоль границ зерен
1.3. Структура и свойства тройных стыков
1.3.1. Основные типы и характеристики тройных стыков
1.3.2. Современные представления о диффузии вдоль тройных стыков
1.4. Постановка задачи
И. ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ
2.1. Метод молекулярной динамики
272. Основные аспекты и проблемы моделирования методом молекулярной динамики
2.3. Обоснование выбора потенциалов межатомного взаимодействия .
2.4. Построение компьютерной модели. Основные визуализаторы и
с параметры диффузии
III. СТРУКТУРА И ЭНЕРГИЯ НЕНАПРЯЖЕННЫХ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ В НИКЕЛЕ
3.1. Структура и энергия тройных стыков границ наклона
3.2. Исследование структурных превращений, сопровождающих кристаллизацию металла, на примере двухмерной модели
3.3. Сравнительное исследование структуры и энергии тройных стыков большеугловых границ наклона и границ смешанного типа
3.4. Исследование условий формирования бездисклинационных тройных стыков

IV. САМОДИФФУЗИЯ ВДОЛЬ НЕНАПРЯЖЕННЫХ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ В НИКЕЛЕ .

4.1. Атомные смещения в процессе самодиффузии вдоль тройных стыков

4.2. Радиус диффузионного канала тройных стыков и диффузионная ширина границ зерен
4.3. Энергия активации самодиффузии вдоль ненапряженных тройных стыков

4.4. Влияние точечных дефектов на диффузионную проницаемость тройных стыков

V. ДИФФУЗИЯ ВДОЛЬ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ В УСЛОВИЯХ ДЕФОРМАЦИИ
5.1. Распределение напряжений и смещения атомов в процессе диффузии вблизи тройных стыков в условиях деформации
572. Изменение радиуса диффузионного канала тройного стыка при деформации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Границы раздела в металлических материалах (границы зерен, межфазные границы) играют ключевую роль во многих процессах, определяют многие их физические свойства. Особенно это относится к поликристаллам с малым размером зерен, композиционным материалам и механическим смесям с малым размером фаз-компонентов, - в этих случаях относительно высоки доля границ раздела и их влияние на макроскопические свойства материала.
В последнее время все большее внимание уделяется материалам с очень ■ малым размером зерен - ультрамелкозернистым материалам. К ним относятся субмикрокристаллические со средним размером зерен около 100 нм и нанокристаллические с размером зерен порядка нескольких десятков нанометров. Их получают путем интенсивной пластической деформации, конденсацией из газовой фазы. Повышенный интерес к ним связан с их уникальными физико-механическими свойствами. Они имеют высокие прочностные свойства, более пластичны, чем обычные поликристаллы, обладают уникальными тепловыми и магнитными свойствами, относительно —высб к и м”КОЭ ф ф и I щенто м самбдиффузии и т.д. Наличие этих свойств ' обусловлено, в первую очередь, высокой плотностью границ зерен и тройных стыков в ультрамелкозернистых материалах, а также высокой долей неравновесных границ зерен.
Тройной стык зерен представляет собой линейный дефект, вдоль которого сопрягаются три различно ориентированных зерна или три зернограничных поверхности. В некоторых работах указывается на различие свойств тройных стыков и составляющих их границ зерен. Принято считать, что диффузия в области тройных стыков протекает более интенсивно, чем вдоль границ зерен [1,2]. Тройные стыки оказывают влияние и на механические свойства материалов: прочность, пластичность и др. [1]. Однако в сравнительно недавних работах [3,4], выполненных с помощью компьютерного

тройного стыка от длины границы (при относительно малых ее размерах) должна иметь осциллирующий характер.
Еще одним подходом для описания структуры тройных стыков является модель CAD («coincident axial direction», совпадающих осевых направлений или наложения плоскости) [1]. Она основана на одномерной (осевой) характеристике, в то время как модель РСУ основана на двумерной характеристике (ось и угол). Описание с помощью модели CAD особенно - подходит для тройных стыков, являющихся линейными дефектами. Величина П, являющаяся параметром модели CAD, характеризует общую ось тройного стыка : П=h2+k2+l2. Первые несколько значений П: 3. 4, 8, 11, 19, 20 -соответствуют следующим осевым направлениям: <111>, <100>, <110>, <311>, <331>, <210> и <211>. Методика расчета оси CAD для тройного стыка была впервые предложена Пламбо и Ост [1] и заключается в следующем. Границы зерен классифицируются по 576 операциям симметрии, записываются в виде матриц разориентации и сравниваются затем с точными индексами осей в модели CAD. Если оказывается, что общее значение П ' существует для всех трех границ, то это и есть величина П для тройного стыка. =Так и м ~с п особ о м ~б ы л и охарактеризованы тройные стыки со значениями П от ПЗ до П164.
Приведенные выше структурные модели относятся, как правило, к «равновесным» тройным стыкам. В реальных поликристаллах, и тем более в нанокристаллах, полученных интенсивной деформацией, значительная часть тройных стыков содержит различного рода избыточные дефекты, не являющиеся геометрически необходимыми. В работах [6, 7] на основании анализа электронно-микроскопических изображений нанокристаллической ' меди была предложена следующая классификация тройных стыков: 1) стыки с дисклинациями; 2) стыки с напряженными наночастицами; 3) «чистые» стыки (без частиц и дисклинаций); 4) стыки с ненапряженными частицами (рис. 1.9).