Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2019,  том 16,  №3, 291-297

 

И.В. Зоря1, Г.М. Полетаев2, М.Д. Старостенков2

Энергия связи и миграции примесных атомов углерода, азота и кислорода в кристаллических решетках никеля, серебра и алюминия

1Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия
2Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия

Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Методом молекулярной динамики проведено исследование диффузии примесных атомов C, N, O в решетке ГЦК металлов и влияния упругой деформации решетки на энергию связи и миграции примесных атомов. В качестве металлов были выбраны Ni, Ag, Al. Для рассматриваемых примесей рассчитаны энергии связи в октаэдрических и тетраэдрических порах. Показано, что расположение примесных атомов в октапорах является энергетически выгодней, чем в тетрапорах – энергия примесных атомов в них отличается примерно на 1 эВ. С учетом того, что механизм диффузии примесных атомов легких элементов в ГЦК решетке металлов представляет собой последовательное пересечение октаэдрических и тетраэдрических пор, рассчитаны значения энергии миграции примесных атомов C, N, O в рассматриваемых металлах. Полученные значения хорошо согласуются с эмпирическими зависимостями для диффузии примесных атомов в металлах. Для рассматриваемых примесных атомов найдены зависимости энергии связи и энергии активации диффузии в Ni, Ag и Al от упругой деформации кристаллической решетки. Согласно полученным данным, упругая деформация почти не оказывает влияния на энергию примесного атома. Слабое снижение энергии происходит только при растяжении кристалла. Влияние деформации на энергию миграции более выражено. При растяжении Ni и Ag энергия миграции примесных атомов C, N, O монотонно снижается. Однако для Al картина противоположная: при растяжении энергия миграции примесных атомов в Al увеличивается. При этом сжатие в случае Al оказывает сравнительно большее влияние на энергию миграции, чем растяжение.

Ключевые слова: молекулярная динамика, металл, примесь, энергия миграции, энергия связи, упругая деформация.

УДК 538.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.001


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 16, No.3 (2019) 291-297

 

I.V. Zorya1, G.M. Poletaev2, M.D. Starostenkov2

Binding energy and migration of impurity atoms of carbon, nitrogen and oxygen in the crystal lattices of nickel, silver and aluminum

1Siberian State Industrial University, Kirova Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
2I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia

Diffusion of impurity atoms C, N, O in lattice of fcc metals and effect of elastic deformation of the lattice on the binding and migration energy of the impurity atoms were studied by the method of molecular dynamics. Ni, Ag, and Al are considered as fcc metals. For the considered impurities, the binding energies in octahedral and tetrahedral pores were calculated. It is shown that the arrangement of impurity atoms in octa-pores is energetically more favorable than in tetra-pores – the energy of impurity atoms in them differs by about 1 eV. Taking into account the fact that the diffusion mechanism of impurity atoms of light elements in a fcc lattice of metals is a sequential intersection of octahedral and tetrahedral pores, the values of the migration energy of impurity atoms C, N, O in the metals under consideration were calculated. The obtained values are in good agreement with the empirical dependences for the diffusion of impurity atoms in metals. For the impurity atoms under consideration, the dependences of the binding energy and the activation energy of diffusion in Ni, Ag, and Al on the elastic deformation of the crystal lattice were found. According to the data obtained, the elastic deformation has almost no effect on the energy of the impurity atom. A weak decrease in energy occurs only at the crystal tension. The effect of deformation on the migration energy is more pronounced. When Ni and Ag are stretched, the migration energy of C, N, and O impurity atoms monotonously decreases. However, for Al, the picture is the opposite: the migration energy of impurity atoms in Al increases at the tension. Wherein, compression in the case of Al has a relatively larger effect on the migration energy than tension.

Keywords: molecular dynamics, metal, impurity, migration energy, binding energy, elastic deformation.