Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2021,  том 18,  №4, 485-493

 

Ирина Васильевна Зоря1, Геннадий Михайлович Полетаев2†

Молекулярно-динамическое исследование влияния примесей углерода и кислорода на скорость миграции границ наклона <110> в никеле и серебре

1 Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Кемеровская обл. – Кузбасс, Россия
2 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0001-5748-813X
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5252-2455

Методом молекулярной динамики проведено исследование влияния примесных атомов углерода и кислорода на скорость миграции границ наклона с осью разориентации <110> в ГЦК металлах никеле и серебре. Получены зависимости энергии рассматриваемых границ и скорости их миграции при температуре 0,95∙Tпл от угла разориентации. Показано, что скорость миграции границ наклона <110> при тех же условиях ниже на порядок скорости миграции границ <111> и <100>, что, в первую очередь, обусловлено сравнительно низкой энергией границ <110>. Миграция границ сопровождалась формированием областей одинаковой формы в том зерне, в сторону которого перемещалась граница, повернутых на угол разориентации. Миграция малоугловых границ, как правило, происходила посредством кооперативных сдвигов в результате согласованного скольжения зернограничных дислокаций. Переползание дислокаций, вызванное диффузией, практически не вносило вклад в механизм миграции границ. Введение примесных атомов углерода и кислорода приводило к значительному снижению скорости миграции границ зерен. Для примесных атомов углерода и кислорода рассчитаны энергии связи с зернограничными дислокациями в рассматриваемых металлах. Полученные значения хорошо коррелируют с зависимостями скорости миграции границ <110> от концентрации примесей. Влияние примесей на миграцию границ в Ag оказалось меньше, чем в Ni, что в данном случае объясняется отличием их параметров решетки (4,086 Å и 3,524 Å соответственно), при том, что их электроотрицательности почти одинаковые. Наибольшие эффект примесей на скорость миграции границ и значение энергии связи были получены для системы Ni-C, наименьшие – для Ag-O.

Ключевые слова: молекулярная динамика, граница зерен, миграция, граница наклона, примесь.

УДК 538.911

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2021.04.011


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 18, No.4 (2021) 485-493

 

Irina V. Zorya1, Gennady M. Poletaev2†

Molecular dynamics study of the influence of carbon and oxygen impurities on the velocity of <110> tilt boundaries migration in nickel and silver

1 Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
2 I.I. Polzunov Altai State Technical University, Lenin Pr., 46, Barnaul, 656038, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0001-5748-813X
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-5252-2455

The molecular dynamics method was used to study the influence of impurity carbon and oxygen atoms on the migration velocity of the tilt boundaries with the misorientation axis <110> in fcc metals nickel and silver. The dependences of the energy of the considered boundaries and the rate of their migration at a temperature of 0.95∙Tmelt on the misorientation angle have been obtained. It is shown that the migration velocity of the <110> tilt boundaries under the same conditions is an order of magnitude lower than the migration velocity of the <111> and <100> boundaries, which is primarily due to the relatively low energy of the <110> boundaries. The migration of boundaries was accompanied by the formation of regions of the same shape, rotated by an angle of misorientation, in the grain towards which the boundary moved. The migration of low-angle boundaries, as a rule, occurred through cooperative shears as a result of coordinated sliding of grain-boundary dislocations. The dislocation climb caused by diffusion practically did not contribute to the mechanism of boundary migration. The introduction of impurity carbon and oxygen atoms led to a significant decrease in the migration rate of grain boundaries. The binding energies of the impurity carbon and oxygen atoms with grain-boundary dislocations in the metals under consideration are calculated. The obtained values correlate well with the dependences of the migration velocity of the <110> boundaries on the concentration of impurities. The effect of impurities on the migration of boundaries in Ag turned out to be less than in Ni, which in this case is explained by the difference in their lattice parameters (4.086 Å and 3.524 Å, respectively), while their electronegativities are almost the same. The greatest effect of impurities on the migration rate of boundaries and the value of the binding energy was obtained for the Ni-C system, the least for Ag-O.

Keywords: molecular dynamics, grain boundary, migration, tilt boundary, impurity.