Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 45-51

 

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

Влияние примесных атомов углерода и кислорода на диффузию по границам наклона <110> в никеле и серебре

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 влияния примесных атомов углерода и кислорода на диффузию по границам зерен наклона с осью разориентации <110> в ГЦК металлах Ni и Ag. Показано, что границы наклона <110> обладают значительно меньшей диффузионной проницаемостью по сравнению с границами наклона с осями <100> и <111>. Введение примесей, как правило, приводило к интенсификации диффузии по границам зерен, что было обусловлено деформацией кристаллической решетки вблизи примесных атомов, из-за чего вдоль границ возникали дополнительные искажения и свободный объем. Атомы углерода оказались более подвижны, чем атомы кислорода, что согласуется с энергиями активации их миграции вдоль ядер дислокаций. Для Ni были получены значения 0,21 эВ для С и 0,27 эВ для О. Для Ag: 0,32 и 0,42 эВ соответственно. Для диффузии по границам <110> была обнаружена ярко выраженная анизотропия, которая, в отличие от границ наклона <100> и <111>, сохранялась и при больших углах разориентации. Наибольший эффект от примесей на самодиффузию вдоль границ зерен из двух рассмотренных металлов наблюдался для никеля, который обладает наименьшим параметром решетки. Примесные атомы сильнее деформируют решетку в никеле вокруг себя по сравнению с серебром, в связи с чем они создают в нем сравнительно больше искажений решетки и дополнительного свободного объема вдоль границ зерен, которые приводят к росту диффузионной проницаемости.

Ключевые слова: молекулярная динамика, металл, примесь, граница зерен, граница наклона, диффузия.

УДК 538.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.007


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 45-51

 

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

The effect of impurity carbon and oxygen atoms on diffusion along <110> tilt boundaries in nickel and silver

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

The effect of impurity carbon and oxygen atoms on diffusion along tilt grain boundaries with the misorientation axis <110> in fcc metals Ni and Ag was studied by the method of molecular dynamics. It is shown that the inclination boundaries <110> have significantly lower diffusion permeability compared to the inclination boundaries with the axes <100> and <111>. The introduction of impurities, as a rule, led to intensification of diffusion along the grain boundaries, which was caused by the deformation of the crystal lattice near impurity atoms, due to which additional distortions and free volume appeared at the boundaries. Carbon atoms turned out to be more mobile than oxygen atoms, which is consistent with the activation energies of their migration along dislocation nuclei. For Ni, 0.21 eV for C and 0.27 eV for O were obtained. For Ag: 0.32 and 0.42 eV, respectively. For diffusion along the <110> boundaries, a pronounced anisotropy was found, which, unlike the <100> and <111> tilt boundaries, was preserved even at high misorientation angles. The greatest effect of impurities on self-diffusion along grain boundaries of the two metals considered was observed for nickel, which has the smallest lattice parameter. Impurity atoms deform the lattice in nickel around themselves more as compared with silver, and therefore they create comparatively more lattice distortions and additional free volume along grain boundaries, which lead to an increase in diffusion permeability.

Keywords: molecular dynamics, metal, impurity, grain boundary, tilt boundary, diffusion.