Атомистическое моделирование симметричной и асимметричных границ зерен наклона Σ5 ❬001❭ в ниобии: структура, энергия, точечные дефекты, зернограничная самодиффузия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами компьютерного моделирования исследованы симметричная и три асимметричные границы зерен наклона Σ5 \(\left\langle {001} \right\rangle \) в ниобии. Методом молекулярно-статического моделирования рассчитаны структура и энергии рассматриваемых границ, а также энергии образования точечных дефектов в них. Проанализированы зависимости энергий образования точечных дефектов от расстояния от плоскости границы зерна. Методом молекулярной динамики рассчитаны коэффициенты зернограничной самодиффузии для рассматриваемых границ.

Об авторах

М. Е. Ступак

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Email: vpopov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

М. Г. Уразалиев

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Email: vpopov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

В. В. Попов

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vpopov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Список литературы

  1. Sutton A.P., Balluffi R.W. Interfaces in Crystalline Materials. Clarendon Press, Oxford, 1995. 819 p.
  2. Liu Z.-H., Feng Y.-X., Shang J.-X. Characterizing twist grain boundaries in BCC Nb by molecular simulation: Structure and shear deformation // Appl. Surface Sci. 2016. V. 370. P. 19–24. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.02.097
  3. Singh D., Parashar A. Effect of symmetric and asymmetric tilt grain boundaries on the tensile behaviour of bcc-Niobium // Comp. Mater. Sci. 2018. V. 143. P. 126–132. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.11.005
  4. Singh D., Sharma P., Parashar A. Atomistic simulations to study point defect dynamics in bi-crystalline niobium // Mater. Chem. Phys. 2020. V. 255. P. 123628. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123628
  5. Singh D., Parashar A.A. Comparison between Σ3 Asymmetrical Tilt Grain Boundary Energies in Niobium Obtained Analytically and through Molecular Dynamics Based Simulations // Mater. Sci. Forum Submitted. 2020. V. 998. P. 179–184. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.998.179
  6. Popov V.V., Stupak M.E., Urazaliev M.G. Atomistic Simulation of Grain Boundaries in Niobium: Structure, Energy, Point Defects and Grain-Boundary Self-Diffusion // J. Phase Equilib. Diffus. 2022. V. 43. P. 401–408. https://doi.org/10.1007/s11669-022-00981-6
  7. Lipnitskii A.G., Nelasov I.V., Golosov E.V., Kolobov Y.R., Maradudin D.N. A molecular-dynamics simulation of grain-boundary diffusion of niobium and experimental investigation of its recrystallization in a niobium-copper system // Russian Phys. J. 2013. V. 56(3). P. 330–337. https://doi.org/10.1007/s11182-013-0036-2
  8. Plimton S. Fast Parallel Algorithms for Short_Range Molecular Dynamics // J. Comp. Phys. 1995. V. 117. P. 1–19. https://doi.org/10.1006/jcph.1995.1039
  9. Tschopp M.A., McDowell D.L. Structures and energies of Σ 3 asymmetric tilt grain boundaries in copper and aluminium // Phil. Mag. 2007. V. 87(22). P. 3147–3173. https://doi.org/10.1080/14786430701255895
  10. Уразалиев М.Г., Ступак М.Е., Попов В.В. Структура и энергия симметричных границ наклона с осью в Ni и энергии образования вакансий в границах зерен // ФММ. 2021. Т. 122. № 7. С. 713–720. https://doi.org/10.1134/S0031918X2107013910.1134/S0031918X21070139
  11. Zhang Y., Ashcraft R., Mendelev M.I., Wang C.Z., Kelton K.F. Experimental and molecular dynamics simulation study of structure of liquid and amorphous Ni62Nb38 alloy // J. Chem. Phys. 2016. V. 145(20). P. 204 505. https://doi.org/10.1063/1.4968212
  12. Stukowski A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the Open Visualization Tool // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2010. V. 18. P. 015012. https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012
  13. Polyak B.T. The conjugate gradient method in extremal problems // USSR Comput. Math. Math. Phys. 1969. V. 9(4). P. 94–112. https://doi.org/10.1016/0041-5553(69)90035-4
  14. Nosé S. A unified formulation of the constant temperature molecular dynamics methods // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. P. 511. https://doi.org/10.1063/1.447334
  15. Hoover W.G., Holian B.L. Kinetic moments method for the canonical ensemble distribution // Phys. Lett. Sect. A Gen. Solid State Phys. 1996. V. 211. P. 253–257. https://doi.org/10.1016/0375-9601(95)00973-6
  16. Novoselov I.I., Kuksin A.Y., Yanilkin A.V. Energies of formation and structures of point defects at tilt grain boundaries in molybdenum // Phys. Solid State. 2014. V. 56. P. 1401–1407. https://doi.org/10.1134/S1063783414070282
  17. Mendelev M.I., Zhang H., Srolovitz D.J. Grain boundary self-diffusion in Ni: Effect of boundary inclination // J. Mater. Res. 2005. V. 20. No. 5. P. 1146–1153. https://doi.org/10.1557/JMR.2005.0177
  18. Hart E.W. On the role of dislocations in bulk diffusion // Acta Metal. 1957. V. 5. Issue 10. P. 597. https://doi.org/10.1016/0001-6160(57)90127-X
  19. Divinski S.V., Bokstein B.S. Recent Advances and Unsolved Problems of Grain Boundary Diffusion // Defect and Diffusion Forum 2011. V. 309–310. P. 1–8. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.309-310.1
  20. Koppers M., Mishin Yu., Herzig Chr. Diffusion of cobalt along stationary and moving grain boundaries in niobium // Acta Metal, Mater. 1994. V. 42. № 8. P. 2859–2868. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90227-5
  21. Faken Daniel, Jónsson Hannes. Systematic analysis of local atomic structure combined with 3D computer graphics // Comp. Mater. Sci. 1994. V. 2. Issue 2. P. 279–286. https://doi.org/10.1016/0927-0256(94)90109-0
  22. Larsen P.M. Revisiting the common neighbour analysis and the centrosymmetry parameter, arXiv preprint arXiv:2003.08879 (2020). https://doi.org/10.48550/arXiv.2003.08879
  23. Fellinger M.R., Park H., Wilkins J.W. Force-matched embedded atom method potential for niobium // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2010. V. 81. P. 144119. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.144119
  24. Tschopp M.A., Solanki K.N., Gao F., Sun X., Khaleel M.A., Horstemeyer M.F. Probing grain boundary sink strength at the nanoscale: Energetics and length scales of vacancy and interstitial absorption by grain boundaries in α-Fe // Phys. Rev. 2012. V. 85. P. 064108. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.064108
  25. Карькина Л.Е., Карькин И.Н., Горностырев Ю.Н. Зернограничное проскальзывание по специальным асимметричным границам зерен в бикристаллах Al. Атомистическое молекулярно-динамическое моделирование// ФММ. 2021. Т. 122. № 11. С. 1187–1195. https://doi.org/10.31857/S0015323021110073

Дополнительные файлы



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».