Моделирование характеристик определяющих влияние упругих полей на диффузионные потоки внедренных атомов

М. Ю. РЯБОВ

Научный руководитель – , к. ф.-м. н., доцент

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЛИЯНИЕ УПРУГИХ ПОЛЕЙ НА ДИФФУЗИОННЫЕ ПОТОКИ ВНЕДРЕННЫХ АТОМОВ

В работе предложена модель для расчета коэффициентов К, определяющих зависимость компонент матрицы коэффициентов диффузии от компонент тензора деформации, то есть влияние упругих полей на диффузионные потоки атомов примеси в сплавах образующих растворы внедрения.

Определение коэффициентов К (Strain Influence on Diffusion (SID) coefficients) для внедренных атомов примеси типа углерода и водорода в ОЦК и ГЦК металлах проведено методами моделирования в два этапа.

На первом этапе самосогласованным образом была рассчитана атомарная структура в окрестности внедренного атома примеси, с использованием модели [2] основанной на методе молекулярной статики.

На втором этапе при моделировании активированного состояния межузельного атома примеси учитывалось, что скачок внедренного атома примеси происходит за время сравнимое со средним периодом колебаний атомов в узлах кристаллической решетки и, следовательно, только атомы первых координационных сфер, окружающие перескакивающий атом, успевают сместиться заметным образом. При этом коэффициенты К: KXX, KXY, KXZ, KYY, KYZ, KZZ рассчитывались согласно формулам [1]:

, (1)

,

где Xij = xi-xj, Yij = yi-yj, Rijw, Rijv – расстояния между атомом i и атомом j в системе с внедренным атомом примеси, когда этот атом находится в активированной позиции и в основном состоянии, соответственно, Φ – потенциал межатомного взаимодействия. KXZ, KYY, KYZ, KZZ рассчитываются аналогично.

Ниже в таблице представлены результаты моделирования.

Таблица 1

Диф-ные характеристики	Система Fe-H	Система Fe-C	Система Ni-H	Система Ni-C
Энергия миграции, еВ	0,131	0,791	0,270	0,926
Объем релаксации,	0,027	0,354	0,030	0,270
Объем миграции,	0,152	0,199	0,150	0,146
KXX, еВ	-0,255	2,657	-0,923	-4,849
KXY, еВ	0,000	-0,052	2,001	7,340
KXZ, еВ	1,498	0,520	0,000	0,000
KYY, еВ	1,123	-6,342	-0,923	-4,849
KYZ, еВ	0,000	0,001	0,000	0,000
KZZ, еВ	0,565	5,851	0,532	4,010

При расчете температурной зависимости коэффициентов К предполагалось, что расстояния между атомами изменяются пропорционально величине параметра решетки. Поэтому температурная зависимость коэффициентов K рассчитывалась по формулам (1), учитывая, что координаты атомов изменяются следующим образом:

xi = xi0(1+aT), yi = yi0(1+aT), zi = zi0(1+aT), (2)

где xi, yi, zi – координаты атомов при некоторой температуре T, xi0, yi0, zi0 – координаты атомов системы для температуры 0K, a – коэффициент теплового расширения.

Таким образом, в этой работе модель [2] впервые применена для сплавов, образующих твердые растворы внедрения. Получены величины коэффициентов, определяющих влияние упругих полей на диффузионные потоки атомов примесей для четырех сплавов, а также энергий и объемов миграции этих примесных атомов. Рассчитаны зависимости упомянутых характеристик от температуры. Приведенные результаты необходимы для моделирования перераспределения внедренных атомов примеси в упругих полях различных дефектов на основе уравнений, полученных в [1].

Список литературы

1.  A. V. Nazarov and A. A. Mikheev, Physica Scripta, Vol. T, p.90-94.

2.  , Назаров характеристик, определяющих влияние давления на концентрацию и диффузионную подвижность вакансий в ОЦК металлах. Будет опубликована: ФММ, том 106, № 1, (2008).