Моделирование прохождения ударных волн через границу раздела двудольных биметаллических частиц Ni-Al

П.в. Захаров1,2, Г.М. Полетаев2, М.Д. Старостенков2, А.И. Чередниченко3
1Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина, ул. Короленко 53, 659333, г. Бийск, Россия
2Алтайский государственный технический университет, пр. Ленина 46, 656038, г. Барнаул, Россия
3Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет, ул. Короленко 53, 659333, г. Бийск, Россия
Аннотация
Методом молекулярной динамики изучены структурные изменения частиц биметаллов Ni-Al при прохождении ударных волн. Исследована возможность формирования пор вблизи межфазной границы металлов и сопутствующие эффекты.Методом молекулярной динамики изучены структурные изменения частиц биметаллов Ni-Al при прохождении ударных волн. Показана возможность формирования зародышей пор вблизи поверхности раздела металлов. Установлено, что определяющими факторами формирования зародышей пор вблизи границы раздела Ni-Al являются взаимная ориентация металлов, их размер и направление прохождения ударной волны. Рассмотрены два направления прохождения ударной волны. В первом случае волна инициировалась на стороне Ni. Если направление движения волны совпадало с плотноупакованным направлением в кристалле, то был возможен отрыв части атомов с поверхности Al с последующим формированием из них кластеров. Поверхность приобретала характерную форму с углублением в центре частицы. В случае распространения ударной волны вдоль не плотноупакованного направления, основная часть энергии рассеивалась вблизи границы раздела металлов и приводила к формированию зародышей пор. Формирование пор в большей степени зависело от размеров частиц биметалла. Рассчитана зависимость максимального размера пор от линейных размеров частиц двудольного биметалла Ni-Al. Рассмотрена эволюция пор с течением времени. Во втором случае ударная волна инициировалась со стороны Al. Были получены аналогичные эффекты, однако, поры формировались со стороны Al, а не со стороны Ni. Такое расположение пор обусловлено меньшей энергией связи между атомами Al-Al, чем между Ni-Ni и Ni-Al. При прохождении ударной волны вдоль плотноупакованных направлений энергии было недостаточно для отрыва атомов со стороны Ni и формирования из них кластеров.
Получена: 24 марта 2017   Исправлена: 24 июля 2017   Принята: 15 августа 2017
Просмотры: 144   Загрузки: 40
Ссылки
1.
A. A. Bykov. Development of production of bimetals. Metallurgist: scientific and technical and industrial journal. 9, 61 – 65 (2009). (in Russian) [А. А. Быков. Развитие производства биметаллов. Металлург: научно-технический и производственный журнал. 9, 61 – 65 (2009).]
2.
I. N. Pavlov, V. N. Lebedev, A. G. Kobelev et al. Layered compositions. Moscow, Metallurgiya. (1986) 216 p. (in Russian) [И. Н. Павлов, В. Н. Лебедев, А. Г. Кобелев и др. Слоистые композиции. Москва, Металлургия. 1986. 216 с.]
3.
O. G. Ellert, M. V. Tsodikov, S. A. Nikolaev, V. M. Novotortsev. Bimetallic nanoalloys in heterogeneous catalysis industrially important reactions: synergism and structural organization of active components. Advances in Chemistry. 83 (8), 718 – 732 (2014). (in Russian) [О. Г. Эллерт, М. В. Цодиков, С. А. Николаев, В. М. Новоторцев. Биметаллические наносплавы в гетерогенном катализе промышленно важных реакциях: синергизм и структурная организация активных компонентов. Успехи Химии. 83 (8), 718 – 732 (2014).]
4.
U. Sanyal, D. Therese, R. Jagirdar Balaji. Dalton Trans. V. 42, Issue 19, 7147 – 7157 (2013).
5.
S. E. Eliana Misi, A. Ramli, F. H. Rahman. Journal of Applied Sciences. 11, 1297 – 1302 (2011).
6.
Yinlong Shen, Weiguang Gong, Baicun Zheng, Lei Gao Ni. Applied Catalysis B: Environmental. V. 181, 769 – 778 (2016).
7.
Fabien Massicot, Raphaël Schneider, Yves Fort, Sandra Illy-Cherrey, Olivier Tillement. Tetrahedron. V. 56, Issue 27, 4765 – 4768 (2000).
8.
D. V. Shirokorad, G. V. Kornich, S. G. Bug. Simulation of the interaction of bipartite bimetallic clusters with low-energy argon clusters. Solid State Physics. V. 59, Issue 1, 189 – 199 (2017). (in Russian) [Д. В. Широкорад, Г. В. Корнич, С. Г. Буга. Моделирование взаимодействия двудольных биметаллических кластеров с низкоэнергетическими кластерами аргона. Физика твердого тела. Т. 59, вып. 1, 189 – 199 (2017).]
9.
A. J. Gavens, D. Van Heerden, A. B. Mann, M. E. Reiss, T. P. Weihs. J. Appl. Phys. 87, 1255 (2000).
10.
M. D. Wiemer, J. Braeuer, D. Wunsch, T. Gessner. ECS Trans. 33, 307 (2010).
11.
A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov, M. N. Smirnova Russian Physics Journal V. 58, Issue 6, pp 828 – 832 (2015)
12.
A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov Bulletin of Voronezh State University. Series: physics, mathematics 1. 14 – 23 (2016) (in Russian) [А. В. Маркидонов, М. Д. Старостенков Коалесценция вакансионных нанопор в кристалле с гцк решеткой под воздействием ударных послекаскадных волн. Вестник воронежского государственного университета. серия: физика, математика. 1. 14 – 23 (2016)]
13.
A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov On the possibility of homogeneous nucleation of a pore in a grain boundary region under the influence of shock after-cascade waves. Issues of atomic science and technology. Series: Mathematical modeling of physical processes. V.3 pp. 37 – 46 (2016) (in Russian) [А. В. Маркидонов, М. Д. Старостенков О возможности гомогенного зарождения поры в зернограничной области под воздействием ударных послекаскадных волн. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов. Т. 3. С. 37 – 46 (2016)]
14.
V. V. Ovchinnikov Phys. Usp. 51. 955 – 964 (2008)
15.
W. M. Howard, J. D. Molitoris AIP Conference Proceedings 845, 319 (2006); doi: http://dx.doi.org / 10.1063 / 1.2263327
16.
C. Montross, T. Wei, L. Ye, G. Clark, Y. Mai: Vol. 10. Issue 10, P. 1021 – 1036 (2002)
17.
A. Molinari, G. Ravichandran. Fundamental structure of steady plastic shock waves in metals. Journal of Applied Physics, 95 (4). pp. 1718 – 1732. (2004)
18.
A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov, P. V. Zakharov, O. V. Obidina. Pore formation in a fcc crystal under the influence of shock after-cascade waves. Fundamental problems of modern materials science. 12 (2), 231 – 240 (2015). (in Russian) [А. В. Маркидонов, М. Д. Старостенков, П. В. Захаров, О. В. Обидина. Порообразование в ГЦК кристалле под воздействием ударных послекаскадных волн. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 12 (2), 231 – 240 (2015).]
19.
A. V. Sannikov, G. M. Poletaev, A. A. Soskov, M. D. Starostenkov. Interaction of point defects with coherent interphase boundaries of Ni-Al (100) and (111). Fundamental problems of modern materials science. 11 (3), 317 – 321 (2014). (in Russian) [А. В. Санников, Г. М. Полетаев, А. А. Сосков, М. Д. Старостенков. Взаимодействие точечных дефектов с когерентными межфазными границами Ni-Al (100) и (111). Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 11 (3), 317 – 321 (2014).]
20.
A. V. Sannikov, G. M. Poletaev, V. R. Mikryukov, M. D. Starostenkov, A. A. Soskov. Atomic structure and diffusion permeability of the interphase boundaries of Ni-Al, Cu-Au, Ni-γFe. Proceedings of universities. Ferrous metallurgy. V. 57, no. 8, 56 – 59 (2014). (in Russian) [А. В. Санников, Г. М. Полетаев, В. Р. Микрюков, М. Д. Старостенков, А. А. Сосков. Атомная структура и диффузионная проницаемость межфазных границ Ni-Al, Cu-Au, Ni-γFe. Известия вузов. Черная металлургия. Т. 57, № 8, 56 – 59 (2014).]
21.
G. M. Poletaev, A. V. Sannikov, A. A. Berdychenko, M. D. Starostenkov. Materials Physics and Mechanics. V.22, no. 1, 15 – 19 (2015).
22.
LAMMPS Molecular Dynamics Simulator http://lammps.sandia.gov /
23.
J. E. Angelo, N. R. Moody, and M. I. Baskes, Trapping of hydrogen to lattice-defects in nickel // Modelling Simul. Mater. Sci. Engr. 3, 289 – 307 (1995).
24.
Open visualization tool (OVITO) http://www.ovito.org /
25.
V. G. Chudinov, R. M. J. Cotterill, V. V. Andreev. Physica Status Solidi (a). V.122, no.1, 111 – 120 (1990).
26.
A. M. Iskandarov, N. N. Medvedev, P. V. Zakharov, S. V. Dmitriev. Computational Materials Science. V. 47, 429 – 431 (2009).
27.
P. V. Zakharov, A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov, G. M. Poletaev, A. M. Eremin, O. V. Obidina. Effect of shock after-cascade waves on the interphase boundary of bimetals Ni-Al, Ni-Fe. Fundamental problems of modern materials science. V. 13, no. 1, 77 – 83 (2016). (in Russian) [П. В. Захаров, А. В. Маркидонов, М. Д. Старостенков, Г. М. Полетаев, А. М. Ерёмин, О. В. Обидина. Влияние ударных послекаскадных волн на межфазную границу биметаллов Ni-Al, Ni-Fe. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. Т. 13, № 1, 77 – 83 (2016).]
28.
N. I. Koshkin, M. G. Shirkevich. The handbook on elementary physics is the fifth edition, revised. Moscow, Science. (1972) 256 p. (in Russian) [Н. И. Кошкин, М. Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике издание пятое, переработанное.Москва, Наука. 256 с. (1972)]