An integrated approach to studying the structure of ternary CoCrMo alloy: scanning electron microscopy and atomistic simulation

封面

如何引用文章

全文:

详细

A comparative study combining the experimental technique of scanning electron microscopy and atomistic simulation by (molecular dynamics) was carried out using of the ternary CoCrMo nanoalloy as an example. Employing the technology of selective laser melting based on the PR-KH28M6 powder, a sample was made for which a non-uniform surface composition with respect to the presence of cobalt and chromium was identified, i.e. areas were simultaneously enriched and depleted in these elements, which indicates the possibility of forming various intermetallic compounds based on them. In the process of atomistic simulation, three nanoparticles of the ternary CoCrMo nanoalloy with the number of 10000, 15000 and 30000 atoms were subjected to a sequential cycle of heating and cooling, including the identification of phase transitions corresponding to melting and crystallization, respectively. The corresponding temperatures of the beginning and end of the phase transition were determined. The regularities of structural and surface segregation in the ternary CoCrMo nanoalloy are described. It is noted that for nanoparticles containing 10000 atoms, only a shell of cobalt atoms is formed without forming a core, while for nanoparticles containing 15000 and 30,000 atoms, an onion-like structure is formed. Chromium atoms form either the core of the nanoparticle as at N =10000 or the peripheral region as at N =15000 and 30000. Molybdenum atoms behave indifferently, i.e. are distributed uniformly throughout the entire volume of the nanoparticles under study.

作者简介

Daria Kravchenko

Tver State University

1st year postgraduate student, General Physics Department

Andrei Kolosov

Tver State University

Ph. D., Researcher, General Physics Department

Denis Sokolov

Tver State University

Ph. D., Researcher, General Physics Department

Nikita Nepsha

Tver State University

4th year postgraduate student, General Physics Department

Sergei Bogdanov

Tver State University

Ph. D., Researcher, General Physics Department

Nickolay Sdobnyakov

Tver State University

Email: nsdobnyakov@mail.ru
Dr. Sc., Docent, General Physics Department

参考

  1. Yang, L. Additive manufacturing of metals: the technology, materials, design and production / L. Yang, K. Hsu, B. Baughman et al. // Springer Series in Advanced Manufacturing. - Cham: Springer, 2017. - VII+168 p. doi: 10.1007/978-3-319-55128-9.
  2. Zglobicka, I. 3D diatom-designed and selective laser melting (SLM) manufactured metallic structures / I. Zglobicka, A. Chmielewska, E. Topal et al. // Scientific Reports. - 2019. - V. 9. - Art. № 19777. - 9 p. doi: 10.1038/s41598-019-56434-7.
  3. Li, K Additive manufacturing of a Co-Cr-W alloy by selective laser melting: In-situ oxidation, precipitation and the corresponding strengthening effects / K. Li, Z. Wang, K. Song et al. // Journal of Materials Science & Technology. - 2022. - V. 125. - P. 171-181. doi: 10.1016/j.jmst.2022.01.036.
  4. Wang, Z. Selective laser melting of nanostructured Al-Y-Ni-Co alloy / Z. Wang, S. Scudino, J. Eckert, K.G. Prashanth // Manufacturing Letters. - 2020. - V. 25. - P. 21-25. doi: 10.1016/j.mfglet.2020.06.005.
  5. Богданов, С.С. Закономерности структурообразования в бинарных наночастицах ГЦК металлов при термическом воздействии: атомистическое моделирование. Монография / С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков. - Тверь: Издательство верского государственного университета, 2023. - 143 с.
  6. Sdobnyakov, N. Solution combustion synthesis and Monte Carlo simulation of the formation of CuNi integrated nanoparticles / N. Sdobnyakov, A. Khort, V. Myasnichenko et al. // Computational Materials Science. - 2020. - V. 184. - Art. № 109936. - 12 p. doi: 10.1016/j.commatsci.2020.109936.
  7. Талызин, И.В. Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов / И.В. Талызин, С.С. Богданов, В.М. Самсонов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 307-320. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.307.
  8. Кравченко, Д.А. Исследование структуры и свойств стоматологических коронок, изготовленных методом селективного лазерного плавления и по технологии литья в форме / Д.А. Кравченко, О.Н. Медведева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 652-661. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.652.
  9. Сапрыкина, Н.А. Формирование сплава системы кобальт-хром-молибден методом селективного лазерного плавления / Н.А. Сапрыкина, А.А. Сапрыкин, Ю.П. Шаркеев и др. // Системы. Методы. Технологии. - 2021. - № 2 (50). - С. 31-37. doi: 10.18324/2077-5415-2021-2-31-37.
  10. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. - Режим доступа: www.url: http://lammps.sandia.gov. - 15.08.2024.
  11. Cleri, F. Tight binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. - 1993. - V. 48. - I. 1. - Р. 22-33. doi: 10.1103/PhysRevB.48.22.
  12. Karolewski, M.A. Tight-binding potentials for sputtering simulations with fcc and bcc metals / M.A. Karolewski // Radiation Effects and Defects in Solids. - 2001. - V. 153. - I. 3. - P. 239-255. DOI: /10.1080/10420150108211842.
  13. Соколов, Д.Н. Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 624-638. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.624.
  14. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет". - № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. - 1 с.
  15. Ташлыкова-Бушкевич, Ия.И. Нанорельеф поверхности тонких пленок сплавов Al-Mn и Al-Ni при ионно-ассистированном осаждении на стекло / Ия.И. Ташлыкова-Бушкевич, И.А. Столяр // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2023. - № 3. - С. 23-39. doi: 10.31857/S1028096023030172.
  16. Wang, A. Characterisation of the multiple effects of Sc/Zr elements in selective laser melted Al alloy / A. Wang, Y. Yan, Z. Chen et al. // Materials Characterization. - 2022. - V. 183. - Art. № 111653. - 9 p. doi: 10.1016/j.matchar.2021.111653.
  17. Paz Borbón, L.O.Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. - 155 p. doi: 10.1007/978-3-642-18012-5.
  18. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2019. - V. 238. - Art. № 121895. - 9 p. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
  19. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 371-382. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
  20. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 589-601. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
  21. Verlet, L.Computer "experiments" on classical fluids. I. Thermodynamical properties of Lennard-Jones molecules / L. Verlet // Physical Review. - 1967. - V. 159. - I. 1. - P. 98-103. doi: 10.1103/PhysRev.159.98.
  22. Nosé, S.A. Molecular dynamics method for simulations in the canonical ensemble / S.A. Nosé // Molecular Physics. - 1984. - V. 52. - I. 2. - Р. 255-268. doi: 10.1080/00268978400101201.
  23. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO - the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2010. - V. 18. - I. 1. - P. 015012-1-015012-7. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
  24. Suliz, K.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires / K.V. Suliz, A.Yu. Kolosov, V.S. Myasnichenko et al. // Advanced Powder Technology. - 2022. - V. 33. - I. 3. - Art. № 103518. - 15 p. doi: 10.1016/j.apt.2022.103518.
  25. Ferrando, R. Quantum effects on the structure of pure and binary metallic nanoclusters / R. Ferrando, A.Fortunelli, G. Rossi // Physical Review B. - 2005. - V. 72. - I. 8. - P. 085449-1-085449-9. doi: 10.1103/PhysRevB.72.085449.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

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».