Атомные механизмы высокоскоростной миграции симметричных наклонных границ зерен в нанокристалле никеля

К.П. Зольников, Д.С. Крыжевич, А.В. Корчуганов ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 12 февраля 2019; Исправлена: 12 марта 2019; Принята: 17 марта 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: К.П. Зольников, Д.С. Крыжевич, А.В. Корчуганов. Атомные механизмы высокоскоростной миграции симметричных наклонных границ зерен в нанокристалле никеля. Письма о материалах. 2019. Т.9. №2. С.197-201
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-197-201

Аннотация

Последовательность локальных перестроек характерных структурных элементов межзеренной границы и прилигающих плоскостей зерен, приводящих к миграции границы.Проведено молекулярно-динамическое моделирование структурных перестроек в кристаллитах никеля с наклонной симметричной границей зерен (ГЗ) ∑5 (310) [001] при сдвиговом нагружении. Обнаружено, что ГЗ может смещаться в боковом и перпендикулярном направлении к направлению сдвига. Для активации смещения необходимо достижение порогового значения напряжения сдвига. Смещение ГЗ носит скачкообразный характер и обусловлено последовательностью из трех характерных смещений атомных плоскостей, прилегающих к ГЗ. В процессе миграции ГЗ эти плоскости последовательно перестраиваются из структуры одного зерна в структуру другого зерна. Скорость смещения ГЗ может составлять несколько сотен метров в секунду и зависит от скорости сдвигового нагружения. Использование периодических граничных условий предотвращало повороты зерен. Поскольку моделировались симметричные наклонные ГЗ, то оба зерна кристаллита имели одинаковые модули сдвига в направлении приложенного нагружения. Сдвиговое нагружение кристаллита с такой структурой не приводило к возникновению каких‑либо движущих сил в объеме материала. Смещение ГЗ было полностью обусловлено эффектом взаимосвязи. Кривая зависимости сдвигового напряжения от времени имела пилообразную форму. ГЗ испытывала смещение в боковом и нормальном направлении к ее плоскости, когда приложенная сдвиговая нагрузка достигала максимального значения и начинала скачкообразно уменьшаться. Несмотря на высокие значения напряжений, смещение ГЗ не вызывало зарождение дефектной структуры в моделируемом кристаллите. Миграция ГЗ обеспечивалась скачкообразными изменениями атомных объемов в плоскостях, которые трансформировались из структуры одного зерна в структуру другого.

Ссылки (22)

1. I. Ovid’ko, R. Valiev, Y. Zhu. Prog. Mater Sci. 94, 462 (2018). Crossref
2. E. N. Hahn, M. A. Meyers. Materials Science and Engineering: A. 646, 101 (2015). Crossref
3. Y. Mishin, M. Asta, J. Li. Acta Mater. 58, 1117 (2010). Crossref
4. D. Wolf, V. Yamakov, S. Phillpot, A. Mukherjee, H. Gleiter. Acta Mater. 53, 1 (2005). Crossref
5. M. Dao, L. Lu, R. Asaro, J. D. Hosson, E. Ma. Acta Mater. 55, 4041 (2007). Crossref
6. Y. Shibuta, S. Sakane, E. Miyoshi, S. Okita, T. Takaki, M. Ohno. Nat. Commun. 8, 10 (2017). Crossref
7. L. Zhang, C. Lu, K. Tieu. Comput. Mater. Sci. 118, 180 (2016). Crossref
8. A. Stukowski. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010). Crossref
9. A. Stukowski. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 20, 045021 (2012). Crossref
10. A. Stukowski, K. Albe. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 025016 (2010). Crossref
11. L. Zhang, Y. Shibuta, X. Huang, C. Lu, M. Liu. Comput. Mater. Sci. 156, 421 (2019). Crossref
12. V. Yamakov, D. Wolf, S. R. Phillpot, A. K. Mukherjee, H. Gleiter. Nat. Mater. 3, 43 (2003). Crossref
13. J. Yin, Y. Wang, X. Yan, H. Hou, J. T. Wang. Comput. Mater. Sci. 148, 141 (2018). Crossref
14. D. S. Kryzhevich, K. P. Zolnikov, A. V. Korchuganov. Comput. Mater. Sci. 153, 445 (2018). Crossref
15. K. P. Zolnikov, A. V. Korchuganov, D. S. Kryzhevich. Comput. Mater. Sci. 155, 312 (2018). Crossref
16. A. V. Korchuganov, A. N. Tyumentsev, K. P. Zolnikov, I. Y. Litovchenko, D. S. Kryzhevich, E. Gutmanas, S. Li, Z. Wang, S. G. Psakhie. J. Mater. Sci. Technol. 35, 201 (2019). Crossref
17. K. Zolnikov, A. Korchuganov, D. Kryzhevich. Phys. Mesomech. 21, 492 (2018). Crossref
18. S. Plimpton. J. Comput. Phys. 117, 1 (1995). Crossref
19. S. M. Foiles, M. I. Baskes, M. S. Daw. Phys. Rev. B. 33, 7983 (1986). Crossref
20. Y. Mishin, D. Farkas. Philos. Mag. A. 78, 29 (1998). Crossref
21. T. J. Rupert, D. S. Gianola, Y. Gan, K. J. Hemker. Science. 326, 1686 (2009). Crossref
22. S. Psakhie, K. Zolnikov, D. Kryzhevich. Phys. Lett. A. 367, 250 (2007). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. the Fundamental Research Program of the State Academies of Sciences for 2013 – 2020 - line of research III.23
2. Российский научный фонд - project No. 17‑19‑01374