Миграция несоразмерной межкристаллитной границы и граничная самодиффузия
Аннотация
Большинство границ зерен, имеющихся в поликристаллических металлах, не являются границами специального типа. Угол их взаимной разориентации является произвольной величиной, а ось поворота произвольно ориентирована к плоскости границы. В таких границах не возникают периодические атомные структуры, такие как решетки совпадающих узлов, чередующиеся многогранники и другие. Их называют границами общего типа, неспециальными, произвольными, несоразмерными. Общая теория релаксационных процессов на таких границах пока недостаточно разработана. Целью работы является разработка модели миграции несоразмерной
межкристаллитной границы на атомном уровне и описание процесса самодиффузии вдоль нее.
Вокруг каждого приграничного узла решетки одного из кристаллитов описывается окружность, называемая основной областью. Если в узле находится атом, то попадание в нее атома другого кристаллита исключено. В случае вакантного узла в основной области такой атом может расположиться. Под атомом в плоской картине подразумевается атомный ряд в трехмерном случае. Распределение вакантных узлов растущего кристаллита является равномерным по плоской
приведенной основной области. Механизм миграции заключается в осуществлении следующих основных процессов: локальной перестройки атомных конфигураций и самодиффузии атомов в поперечном направления оси наклона.
Найдены характерные времена этих процессов и выражение для скорости миграции. Мигрирующая граница содержит большое количество делокализованных вакансий. Это приводит к высокой диффузионной подвижности атомов. Большинство вакансий в границе имеет не тепловое происхождение, а определяется только геометрической атомной структурой границы. В этом случае выражение для коэффициента граничной самодиффузии не содержит множителя, зависящего от энергии активации образования вакансий. Это приводит к тому, что коэффициент самодиффузии
вдоль мигрирующей границы существенно больше, чем в покоящейся стационарной границе. Модель несоразмерной границы позволяет описать ее миграцию и рассчитать коэффициент самодиффузии.
Скачивания
Литература
Darinskii B. M., Saiko D. S., Fedorov Yu. A. Sliding along the boundary forming an incommensurable structure*. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika = Russian Physics Journal. 1987;30(9): 53–57. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36961888 (In Russ.)
Żydek A., Wermiński M. and Trybula M. Description of grain boundary structure and topology in nanocrystalline aluminum using Voronoi analysis and order parameter. Computational Materials Science. 2021;197: 110660. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110660
Darinskii B. M., Kul’kov V. G. Intercrystalline sliding along the boundaries formed by densely packed planes*. Poverkhnost’. Fizika, khimiya, mekhanika = Physics, Chemistry and Mechanics of Surfaces. 1993;75(5): 153–156. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36705071 (In Russ.)
Shtremel M. A., Markovich A. L. Energy of incommensurate grain boundaries. The Physics of Metals and Metallography . 1991;71(6): 21–29. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=31078891
Darinskii B. M., Kalinin Yu. E., Mushtenko S. V., Saiko D. S. Structure of grain boundaries of a general type and mechanism of grain boundary internal friction peak. Solid State Phenomena. 2003;89: 203–232. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.89.203
Darinskii B. M., Kalinin Y. E., Sajko D. S. Atomic structure of the intercrystalline general type boundaries. Mechanisms of the grain boundary peak of internal friction. Premelting. Solid State Phenomena. 2006;115: 73–86. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.115.73
Gautam A., Radetic T., Lancon F., Dahmen U. Quantitative study of an incommensurate grain boundary using aberration corrected microscopy. Microscopy and Microanalysis. 2011;17(S2): 1338–1339. https://doi.org/10.1017/S1431927611007562
Gautam A., Ophus C., Lancon F., Radmilovic V., Dahmen U. Atomic structure characterization of an incommensurate grain boundary. Acta Materialia. 2013;61(13): 5078–5086. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.04.028
Deymier P. A., Shamsuzzoha M., Weinberg J. D. Experimental evidence for a structural unit model of quasiperiodic grain boundaries in aluminum. Journal of Materials Research. 1991;6(7): 1461–1468. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1991.1461
Lancon F., Ye J., Caliste D., Radetic T., Minor A. M., Dahmen U. Superglide at an internal incommensurate boundary. Nano Letters. 2010;10(2): 695–700. https://doi.org/10.1021/nl903885p
Wang Sh., Yu Yue, Zhang Sh., Zhang Sh., Xu H., Zou X., Zhang J., Atomic-scale studies of overlapping grain boundaries between parallel and quasi-parallel grains in low-symmetry monolayer ReS2. Matter. 2020;3(6): 2108–2123. https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.09.015
Rouviere J., Lancon F., Rousseau K., Caliste D., Jouneau P., Fourne F. Structure of an incommensurate 90° Si grain boundary resolved with the help of a Cscorrector for illumination. Journal of Physics: Conference Series. 2010;209: 012041. https://doi.org/10.1088/1742-6596/209/1/012041
Sutton A. P. An analytic model for grainboundary expansions and cleavage energies. Philosophical Magazine A. 1991;63(4): 793–818. https://doi.org/10.1080/01418619108213914
Farkas D., Froseth A., Swygenhoven H. Grain boundary migration during room temperature deformation of nanocrystalline Ni. Scripta Materialia. 2006;55(8): 695–698. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.06.032
Wang L., Qi J., Zhang S., Ding M., Wei W., Wang J., Zhang Zh., Qiao R, Zhang Zh., Li Z., Liu K., Fu Yu., Hong H., Liu C., Wu M., Wang W., He Yu., Cu Yi., Li Q., Bai X., Liu K. Abnormal anti-oxidation behavior of hexagonal boron nitride grown on copper. Nano Research. 2022. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4388-1
Chandross M., Argibay N. Friction of metals: A review of microstructural evolution and nanoscale phenomena in shearing contacts. Tribology Letters. 2021;69:119. https://doi.org/10.1007/s11249-021-01477-z
Kul’kov V. G., Polyakov A. S. Migration of an incommensurate high_angle grain boundary. Russian Metallurgy (Metally). 2012;(4): 263–268. https://doi.org/10.1134/S0036029512040064
Gupta B. K., Madhuri M. K., Gupta S. P. Diffusion induced grain boundary migration in the Cu–Cd system. Acta Materialia. 2003;51(17): 4991–5000. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00325-2
Viswanathan R., Bauer C. L. Kinetics of grain boundary migration in copper bicrystals with [001] rotation axes. Acta Metallurgica. 1973;21(8): 1099–1109. https://doi.org/10.1016/0001-6160(73)90026-6
Hirth J., Lothe J. Theory of Dislocations. John Wiley and Sons; 1982. 857 p.
Li X., Liu W., Xu Y., Liu C. S., Fang Q. F., Pan B. C., Wang Zh. Energetic and kinetic behaviors of small vacancy clusters near a symmetric S5(310)/[001] tilt grain boundary in bcc Fe. Journal of Nuclear Materials. 2013;440(1–3): 250–256. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.05.021
Smidoda K., Gottschalk W., Gleiter H. Diffusion in migrating interfaces. Acta Metallurgica. 1978;26(12): 1833-1836. https://doi.org/10.1016/0001-6160(78)90095-0
Krasil’nikov, V. V., Savotchenko, S. E. Grain boundary diffusion patterns under nonequilibrium and migration of grain boundaries in nanoctructure materials. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2009;73(9): 1277–1283. https://doi.org/10.3103/S1062873809090214
Gorelik S. S, Dobatkin S. V., Kaputkina L. M. Recrystallization of metals and alloys*. M.: MISIS Publ.; 2005, 432 p. (In Russ.)
Prokoshkina D., Klinger L., Moros A., Wilde G., Rabkin E., Divinski S.V. Effect of recrystallization on diffusion in ultrafine-grained Ni. Acta Materialia. 2014;69: 314–325. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.02.002
Chuvil’deev V. N., Nokhrin A. V., Pirozhnikova O. E., Gryaznov M. Y., Lopatin Y. G., Kopylov V. I., Myshlyaev M. M. Changes in the diffusion properties of nonequilibri umgrainbo und ariesupon recrystallization and superplastic deformation of submicrocrystalline metals and alloys. Physics of the Solid State. 2017;59(8): 1584–1593. https://doi.org/10.1134/S1063783417080066
Chuvil’deev V. N. Nonequilibrium grain boundaries in metals. Theory and applications*. M.: Fizmatlit Publ., 2004. 304 p. (In Russ.)
Kim H. K. Activation energies for the grain growth of an AZ31 Mg alloy after equal channel angular pressing. Journal of Materials Science. 2004;39(23): 7107–7109. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000047560. 93940.45
Physical Metallurgy. Edited by R. W. Cahn, P. Haasen, North-Holland Physics Publishing, 1983, 1973 p.
McCaig A., Covey-Crump S. J., Ben Ismaïl W., Lloyd. G. Fast diffusion along mobile grain boundaries in calcite. Contributions to Mineralogy and Petrology. 2007;153: 159–175. https://doi.org/10.1007/s00410-006-0138-8
Tucker G. J., McDowell D. L. Non-equilibrium grain boundary structure and inelastic deformation using atomistic simulations. International Journal of Plasticity. 2011;27(6): 841–857. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2010.09.011
Nazarov A. A., Murzaev R. T. Nonequilibrium grain boundaries and their relaxation under oscillating stresses in columnar nickel nanocrystals studied by molecular dynamics. Computational Materials Science. 2018;151: 204–213. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.05.015
Wang Yu., Fu R., Jing L., Sang D., Li Yi. Tensile behaviors of pure copper with different fraction of nonequilibrium grain boundaries. Materials Science and Engineering: A. 2018;724: 164–170. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.03.086
Chuvil’deev V. N., Kopylov V. I., Zeiger W. A theory of non-equilibrium grain boundaries and its applications to nano- and micro-crystalline materials processed by ECAP. Annales de Chimie Science des Materiaux. 2002;27(3): 55–64. https://doi.org/10.1016/S0151-9107(02)80007-1
Copyright (c) 2022 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
