Исследование процессов взаимодиффузии в двумерной системе Ni-Al

• Автор: Полетаев, Геннадий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 186 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ №-А

1.1. Исследования диффузии в металлических системах на микроскопическом уровне

1.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в системе №-А

1.3. Методы компьютерного моделирования в физике конденсированного состояния

1.4. Постановка задачи

II. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

2.1. Описание модели

2.2. Апробация потенциалов межатомного взаимодействия

2.2.1. Температура плавления двумерных металлов N1 и А
2.2.2. Тепловое расширение двумерных металлов N1 и А
2.3. Сверхбыстрое охлаждение двумерных металлов
III. ДИФФУЗИЯ В ДВУМЕРНОЙ СИСТЕМЕ №-А
3.1. Микроструктура межфазных границ
3.2. Механизм диффузии в системе №-А
3.3. Скорость диффузии в зависимости от концентрации вакансий..
3.4. Диффузия в условиях деформации
3.5. Диффузия по границам зерен
IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В СИСТЕМЕ №-А
4.1. Кристаллические фазы в двумерной системе №-А

4.2. Растворение частицы N1 округлой формы в алюминиевой матрице
4.3. Растворение частицы N1 гантелеобразной формы в алюминиевой матрице
4.4. Растворение алюминиевой прослойки между двумя частицами N1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В основе многих явлений, протекающих в металлах и сплавах и оказывающих влияние на их свойства, лежит диффузионный механизм миграции атомов. Изучению диффузии в металлических системах посвящено большое число работ. Эта проблема, в связи с широким применением металлов и сплавов на практике, остается актуальной весьма продолжительное время. Основными задачами при исследовании диффузии в металлических системах являются, как правило, создание математических моделей, адекватно описывающих диффузионный процесс, и выявление способов его контролирования. При этом возникает необходимость иметь представление не только о макроскопических параметрах диффузии, но и о физике этого процесса на микроскопическом уровне.
Многие исследования показывают, что в реальных металлических системах немаловажную, а порой и ведущую, роль в процессе диффузии, помимо точечных дефектов, играют такие дефекты структуры, как дислокации и дислокационные комплексы, границы зерен и границы фаз и т.д., механизмы диффузии с участием которых на данный момент до конца не изучены. В настоящее время существует большое число теоретических моделей диффузионных процессов с участием различных дефектов структуры, но они зачастую основываются на чисто гипотетических представлениях, вследствие чего возникают несоответствия и противоречия среди существующих моделей. Отсюда вытекает актуальность исследования диффузионных процессов в металлических системах на микроскопическом уровне. При этом одной из важнейших задач является выяснение роли дислокаций и свободного объема в механизме диффузии, поскольку, как считают многие авторы, в основном они определяют диффузионную проницаемость границ зерен, межфазных границ, а также металлов в условиях пластической деформации. Но проведение

вышеописанную даже при незначительном инициировании процесса. В [120] отмечается, что подобная кристаллическая ориентация свойственна и реальным тонким пленкам с ГЦК-решеткой, полученным с помощью конденсации в вакууме на неориентирующих подложках.
Метод компьютерного моделирования имеет ряд ограничений, в частности, ограничение числа атомов в расчетной ячейке. Поэтому диффузию в системе 1М1-А1, даже на начальных этапах, довольно сложно моделировать в полном объеме, где модель бы содержала весь комплекс сопровождающих процесс явлений. Компьютерное моделирование позволяет исследовать лишь отдельные аспекты процесса. Но, с другой стороны, исследователь свободен в создании стартовой структуры и начальных условий.
В настоящей работе исследования были разделены на три основные части. Первая была посвящена апробации потенциалов межатомного взаимодействия и обоснованию некоторых аспектов модели. Вторая часть была направлена на изучение диффузии в системе №-А1. Третья - на исследование растворения и образования фаз. В каждом случае расчетная ячейка и начальные условия подбирались согласно изучаемой проблеме. Во всех экспериментах ячейка имела прямоугольную форму. Размер ячейки составлял от 2000 до 4200 атомов.
Во многих экспериментах стояла задача предварительного построения стартовой структуры расчетной ячейки, стабильной при температурах, близких к абсолютному нулю. Построение стартовой конфигурации состояло из следующих этапов:
- построение конфигурации расчетной ячейки;
- динамическая релаксация до стабилизации кинетической энергии;
- сверхбыстрое охлаждение до минимально низкой температуры.
Построение конфигурации зависело от поставленной задачи и включало такие аспекты, как структура расчетной ячейки и граничные условия. В случае создания межфазных границ использовалось правило, по которому атомы N1 и А1 не могли располагаться ближе, чем в двумерной интерметаллической фазе