Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 450-458

 

Геннадий Михайлович Полетаев1†, Виктор Викторович Коваленко2

Молекулярно-динамическое исследование влияния ориентации межфазной границы на скорость взаимной диффузии при твердо-жидкофазном контакте Ti и Al

1 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
2 Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Кемеровская обл. – Кузбасс, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5252-2455
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-1664-003X

Методом молекулярной динамики проведено исследование влияния ориентации межфазной границы относительно кристаллической решетки Ti на скорость взаимной диффузии при твердо-жидкофазном контакте Ti и Al. Рассматривалось три ориентации относительно ГПУ решетки Ti: (0001), (10-10) и (10-11). Было замечено, что на начальном этапе моделирования взаимной диффузии, после плавления алюминия, часть его вблизи межфазной границы оставалась в кристаллическом состоянии, повторяя решетку титана, то есть граница между кристаллом и жидким металлом, в действительности, сдвигалась на две-три атомные плоскости вглубь алюминия. Это объясняется тем, что связь Ti–Al значительно крепче связи Al–Al, в связи с чем, в частности, температуры плавления интерметаллидов системы Ti–Al превышают температуру плавления алюминия. Наблюдалось значительное преобладание диффузии атомов Ti в жидкий Al по сравнению с диффузией атомов Al в кристаллический Ti, что объясняется, в первую очередь, отличием агрегатных состояний Ti и Al. Для трех рассматриваемых ориентаций были получены концентрационные кривые после моделирования взаимной диффузии при различных температурах. Более пологие части кривых, отвечающие за диффузию атомов Ti вглубь жидкого Al, оказались схожими. Однако части, относящиеся к диффузии атомов Al в кристаллический Ti, имели отличия: интенсивнее диффузия атомов Al в Ti протекала при ориентации (0001) и медленнее при сравнительно более «рыхлых» ориентациях (10-10) и (10-11). Данное отличие было связано с глубиной потенциальных ям, в которых находятся атомы на границе раздела жидкость-кристалл.

Ключевые слова: молекулярная динамика, диффузия, межфазная граница, титан, алюминий.

УДК 538.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.007


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 450-458

 

Gennady M. Poletaev1†, Victor V. Kovalenko2

Molecular dynamics study of the influence of the interphase boundary orientation on the velocity of mutual diffusion in solid-liquid-phase contact of Ti and Al

1 I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia
2 Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5252-2455
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-1664-003X

The molecular dynamics method was used to study the influence of the orientation of the interphase boundary relative to the Ti crystal lattice on the velocity of mutual diffusion at solid-liquid-phase contact of Ti and Al. Three orientations with respect to the hcp Ti lattice were considered: (0001), (10-10) and (10-11). It was noted that at the initial stage of modeling mutual diffusion, after aluminum melted, part of it near the interphase boundary remained in the crystalline state, repeating the titanium lattice, that is, the boundary between the crystal and the liquid metal, in fact, shifted to two or three atomic planes deep into the aluminum. This is due to the fact that the Ti–Al bond is much stronger than the Al–Al bond, and therefore, in particular, the melting temperatures of intermetallic compounds of the Ti–Al system exceed the melting temperature of aluminum. A significant predominance of diffusion of Ti atoms into liquid Al was observed in comparison with the diffusion of Al atoms into crystalline Ti, which is explained, first of all, by the difference between the aggregate states of Ti and Al. For the three considered orientations, concentration curves were obtained after simulating mutual diffusion at different temperatures. The flatter parts of the curves responsible for the diffusion of Ti atoms deep into liquid Al turned out to be similar. However, the parts related to the diffusion of Al atoms into crystalline Ti had differences: the diffusion of Al atoms in Ti proceeded more intensively with the (0001) orientation and slower with the relatively "looser" orientations (10-10) and (10-11).

Keywords: molecular dynamics, diffusion, interphase boundary, titan, aluminum.