Сегрегация компонентов как необходимое условие эвтектической природы сплава и наносплава
- Авторы: Самсонов В.М.1, Талызин И.В.1, Жигунов Д.В.1
-
Учреждения:
- Тверской государственный университет
- Выпуск: № 16 (2024)
- Страницы: 387-398
- Раздел: Теория наносистем
- URL: https://bakhtiniada.ru/2226-4442/article/view/319444
- DOI: https://doi.org/10.26456/pcascnn/2024.16.387
- EDN: https://elibrary.ru/FEDRYX
- ID: 319444
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На основе результатов молекулярно-динамических экспериментов, полученных с использованием программы LAMMPS и метода погруженного атома, построены и проанализированы фазовые диаграммы для бинарных наносплавов Ag-Cu и Cu-Ni (бинарных наночастиц, содержащих 2000 и 5000 атомов). В качестве линии ликвидуса рассматривалась концентрационная зависимость температуры плавления наночастиц. Установлено, что для наносплава Ag-Cu фазовая диаграмма соответствует простой эвтектике, а для наночастиц Cu-Ni - фазовой диаграмме сплава с неограниченной взаимной растворимостью компонентов, что согласуется с фазовыми диаграммами для соответствующих объемных сплавов. Установлено, что эвтектическая температура уменьшается с уменьшением размера наночастиц, а значение мольной доли Cu , отвечающее эвтектической точке и равное 0,4, совпадает со значением для объемного сплава. Выдвинута гипотеза о взаимосвязи между поверхностной сегрегацией одного из компонентов бинарного сплава и наносплава с эвтектическим типом фазовой диаграммы. Сделан вывод о том, что эффект поверхностной сегрегации является необходимым условием эвтектического поведения, но не является достаточным условием.
Об авторах
Владимир Михайлович Самсонов
Тверской государственный университет
Email: samsonoff@inbox.ru
д.ф.-м.н., профессор кафедры общей физики
Игорь Владимирович Талызин
Тверской государственный университетк.ф.-м.н., научный сотрудник Управления научных исследований
Дмитрий Владиславович Жигунов
Тверской государственный университетаспирант 4 года обучения кафедры общей физики
Список литературы
- Жуховицкий, А.А. Физическая химия / А.А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман; - М.: Металлургия, 1987. - 688 c.
- Барыбин, А.А. Электроника и микроэлектроника / А.А. Барыбин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 424 с.
- Kawecki, A. Fabrication, properties and microstructures of high strength and high conductivity copper-silver wires / A. Kawecki, T. Knych, E. Sieja-Smaga et. al. // Archives of Metallurgy and Materials. - 2012. - V. 57. - I. 4. - P. 1261-1270. doi: 10.2478/v10172-012-0141-1.
- Qin, Q.Y. Solidification behavior and microstructure of Ag-Cu eutectic alloy at different sub-rapid cooling rates / Q.Y Qin, J.F Li, L. Yang et. al. // Materials Chemistry and Physics. - 2024. - V. 311. - Art. № 128521. - 8 p. doi: 10.1016/j.matchemphys.2023.128521.
- Taylor, S.L. An investigation of the mechanical and physical properties of copper-silver alloys and the use of these alloys in pre-Columbian America / S.L. Taylor. Doctoral dissertation. - Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2013. - 105 p.
- Xu, J. Cu nanowires and nanoporous Ag matrix fabricated through directional solidification and selective dissolution of Ag-Cu eutectic alloys /j. Xu, J. Gao, H. Qin et. al. // Materials. - 2022. - V. 15. - I. 22. - Art. № 8189. - 13 p. doi: 10.3390/ma15228189.
- Chowdhury, S. Silver-copper alloy nanoparticles for metal enhanced luminescence / S. Chowdhury, V.R. Bhethanabotla, R. Sen // Applied Physics Letters. - 2009. - V. 95. - I. 13. - Art. № 131115. - 3 p. doi: 10.1063/1.3242007.
- Bronner, S.W. Surface segregation in a dilute copper-silver alloy / S.W. Bronner, P. Wynblatt // Journal of Materials Research. - 1986. - V. 1. - I. 5. - P. 646-651. doi: 10.1557/JMR.1986.0646.
- Langenohl, L. Atomic-resolution observations of silver segregation in a [111] tilt grain boundary in copper / L. Langenohl, T. Brink, G. Richter et. al. // Physical Review B. - 2023. - V. 107. - I. 13. - Art. № 134112. - 14 p. doi: 10.1103/PhysRevB.107.134112.
- Bochicchio, D. Structures and segregation patterns of Ag-Cu and Ag-Ni nanoalloys adsorbed on MgO (001) / D. Bochicchio, R. Ferrando, E. Panizon et. al. // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2016. V. 28. - I. 6. - Art. № 064005 - 13 p. doi: 10.1088/0953-8984/28/6/064005.
- van der Walt, C. A study of diffusion, atom migration and segregation in Cu and Ag alloy bulk-and nanocrystals / C. van der Walt, J.J. Terblans, H.C. Swart // AIP Advances. - 2017. - V. 7. - I. 5. - Art. № 055102. - 22 p. doi: 10.1063/1.4983083.
- Samsonov, V.M. On the problem of stability/instability of bimetallic core-shell nanostructures: Molecular dynamics and thermodynamic simulations / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, S.A. Vasilyev, M.I. Alymov // Computational Materials Science. - 2021. - V.199. - Art. № 110710. - 11 p. doi: 10.1016/j.commatsci.2021.110710.
- Beck, L. Silver surface enrichment of silver-copper alloys: a limitation for the analysis of ancient silver coins by surface techniques / L. Beck, S. Bosonnet, S. Réveillon, et. al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2004. - V. 226. - I. 1-2. - P. 153-162. doi: 10.1016/j.nimb.2004.06.044.
- Талызин, И.В. О фазовой диаграмме наносплава Au-Si: молекулярно-динамическое и термодинамическое моделирование / И.В. Талызин, А.Ю. Картошкин, С.А. Васильев и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - Вып. 11. - С. 364-373. doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.364.
- Samsonov, V.M. On phase diagrams for Au-Si nanosystems: thermodynamic and atomistic simulations / V.M. Samsonov, A.Y. Kartoshkin, I.V. Talyzin et al. // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. V. 1658. - I. 1. - Art. № 012047. - 9 p. doi: 10.1088/1742-6596/1658/1/012047.
- Bogatyrenko, S.I. Effect of size on the formation of solid solutions in Ag-Cu nanoparticles / S.I. Bogatyrenko, A.P. Kryshtal, A. Kruk // The Journal of Physical Chemistry C. - 2023. V. 127. - I. 5. - P. 2569-2580. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c07132.
- Жданов, Г. С. Кинетика плавления и кристаллизации островковых металлических пленок / Г. С. Жданов // Известия АН СССР, серия физическая. - 1977. - Т. 41. - Вып. 5. - С. 1004-1008.
- Скрипов, В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей / В.П. Скрипов, В.П. Коверда; - М.: Наука, 1984. - 230 с.
- Kofman, R. Melting of clusters approaching 0D / R. Kofman, P. Cheyssac, Y Lereah, A Stella // The European Physical Journal D: Atomic, molecular and optical physics. - 1999. - V. 9. - I. 1. - P. 441-444. doi: 10.1007/978-3-642-88188-6_88.
- Самсонов, В. М. Молекулярно-динамическое исследование плавления и кристаллизации наночастиц / В. М. Самсонов, С. С. Харечкин, С. Л. Гафнер, Л. В. Редель, Ю. Я. Гафнер // Кристаллография. - 2009. Т. 54. - № 3. - С. 563-569.
- Самсонов, В.М. О причинах гистерезиса плавления и кристаллизации наночастиц / В.М. Самсонов, С.А. Васильев, И.В. Талызин, Ю.А. Рыжков // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2016. - Т. 103. - Вып. 2. - С. 100-105. doi: 10.7868/S0370274X16020041.
- Thompson, A.P. LAMMPS-a flexible simulation tool for particle-based materials modeling at the atomic, meso, and continuum scales / A.P. Thompson, H.M. Aktulga, R. Berger et. al. // Computer Physics Communications. - 2022. - V. 271. - Art. № 108171. - 34 p. doi: 10.1016/j.cpc.2021.108171.
- 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.
- 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.
- Zhou, X.W. Misfit-energy-increasing dislocations in vapor-deposited CoFe/NiFe multilayers / X.W. Zhou, R.A. Johnson, H.N.G. Wadley // Physical Review B. - 2004. V. 69. - I. 14. - Art. № 144113. - 10 p. doi: 10.1103/PhysRevB.69.144113.
- Samsonov, V. Puzzles of surface segregation in binary Pt-Pd nanoparticles: molecular dynamics and thermodynamic simulations / V. Samsonov, A. Romanov, I. Talyzin et. al. // Metals. - 2023. V. 13. - I. 7. - Art. № 1269. - 20 p. doi: 10.3390/met13071269.
- Samsonov, V.M. Surface segregation in binary metallic nanoparticles: atomistic simulation and thermodynamic modeling / V.M. Samsonov, A.A. Romanov, I.V. Talyzin et. al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2024. - V. 88. - I. 5. - P. 739-744. doi: 10.1134/S1062873824706512.
- Дриц, М.Е. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / М.Е. Дриц, Н.Р. Бочвар, Л.С. Гузей и др.; отв. ред. Н.Х. Абрикосов - М.: Наука, 1979. - 248 с.
- 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. - 2009. V. 18. - I. 1. - Art. № 015012. - 7 p. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
- Романовский, В.И. Особенности синтеза наночастиц Cu-Ni: эксперимент и компьютерное моделирование / В.И. Романовский, А.Ю. Колосов, А.А. Хорт и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2000. - Вып. 12. - С. 293-309. doi: 10.26456/pcascnn/2020.12.293.
Дополнительные файлы
