Главная » 2014 » Сентябрь » 30 » Моделирование сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов металл-металлоид при деформационном и низкотемпературном
10:00 PM
Моделирование сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов металл-металлоид при деформационном и низкотемпературном
Моделирование сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов металл-металлоид при деформационном и низкотемпературном воздействиях
Диссертация
Автор: Волкова, Ирина Борисовна
Название: Моделирование сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов металл-металлоид при деформационном и низкотемпературном воздействиях
Справка: Волкова, Ирина Борисовна. Моделирование сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов металл-металлоид при деформационном и низкотемпературном воздействиях : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.01 Ижевск, 2004 108 c. : 61 05-1/136
Объем: 108 стр.
Информация: Ижевск, 2004
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ДИФФУЗИЯ В АМОРФНЫХ СПЛАВАХ И ЕЕ РОЛЬ
В ФОРМИРОВАНИИ НЕРАВНОВЕСНОЙ СЕГРЕГАЦИИ
11 Результаты экспериментальных исследований диффузии в аморфных металлических сплавах
111 Экспериментальные методы исследования диффузии
112 Значения коэффициента диффузии
113 Локальная структура
114 Низкотемпературная обработка и механические воздействия при комнатной температуре
12 Теоретические представления
121 Структура AMC
122 Механизмы диффузии
123 Низкотемпературная обработка 28 Выводы главы
ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСВИЯ НА AMC И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВОЗДЕЙСТВИЙ
21 Методы воздействия на образцы
211 Деформации изгибом
212 Низкотемпературная обработка
22 Оже-электронная спектроскопия 1 35 221 Оже-электронный микро-зонд Jamp- 10s
23 Метод молекулярной динамики (ММД) 38 231 Методика имитации деформирования и низкотемпературной обработки в рамках программы MMD
Выводы главы
ГЛАВА 3 СЕГРЕГАЦИИ В АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
СПЛАВАХ СИСТЕМЫ МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛОИД
31 Перераспределение компонентов в поверхностных слоях аморфных сплавов при деформациях
311 Деформационное перераспределение компонентов в AMC Fe7oCr,oPi3C
312 Деформационное перераспределение компонентов BAMCFe80B
32 Низкотемпературное воздействие 51 Выводы главы
ГЛАВА 4 МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ СЕГРЕГАЦИИ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И НИЖЕ
41 Обоснование необходимости проведения компьютерного эксперимента
42 Молекулярно динамическое моделирование механического воздействия на AMC 57 421 Исходные параметры МД-моделирования деформации аморфной пленки
422 Результаты МД-моделирования деформации аморфной пленки
43 МД-моделирование низкотемпературного воздействия
431 Исходные параметры МД- моделирования низкотемпературного воздействия
432 Результатов МД-моделирования низкотемпературного воздействия
Выводы главы
ГЛАВА 5 МОДЕЛЬ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ AMC ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
51 Основные положения теории движения макровключений в твердых телах
52 Обоснование возможности применения теории движения макровключений в твердых кристаллических телах для миграции компонентов AMC
53 Применение модели к описанию эксперимента по изгибу аморфной ленты Fe80B
54 Применение модели к описанию эксперимента по охлаждению аморфной ленты Co57NiioFe5SiiiBi
Выводы главы
Введение:
Актуальность темы.
Поверхностная сегрегация на; протяжении нескольких десятилетий является актуальной темой научных исследований, так как она определяет многие свойства материалов, зависящие от химического состава поверхности.
Различают равновесные и неравновесные сегрегации. Равновесные сегрегации образуются в случае, если негомогенность твердого тела в определенных областях объема (поверхность, межфазные границы, границы зерен, дислокации и т.д.) приводит к уменьшению свободной энергии тела. Неравновесная сегрегация происходит в том случае, если действие внешних факторов (механических, температурных и т.д.) приводит к вариации химического потенциала в объеме материала. Вследствие этого происходит диффузионное перераспределение элементов, скопление их в определенных областях, приводящее к выравниванию химического потенциала. С приближением всей системы к равновесному состоянию, вариации химического потенциала уменьшаются и процесс образования неравновесных сегрегаций замедляется, с уменьшением потока дефектов, вызывающих диффузию компонентов системы. Однако, если происходят структурные превращения, обуславливающие другое значение химического потенциала, то установившиеся концентрационные неоднородности отличаются от исходных, в этом состоянии сегрегации становятся равновесными. Очень важно отметить, что" неравновесные сегрегации определяются скоростью диффузионных процессов, исчезают при неограниченно больших временах и проявляются только в том случае, если диффузия позволяет достичь полного термодинамического равновесия.
Можно уверенно сказать, что неравновесные сегрегации изучены хуже, чем равновесные, особенно в аморфных сплавах. Это связано, во-первых, с изначально метастабильным состоянием аморфного сплава, так как внешние воздействия, приводящие к возникновению неравновесных сегрегаций, могут одновременно активировать переход аморфного сплава в более стабильное структурное состояние. Второй причиной; является недостаток знаний о механизмах диффузии в аморфных сплавах. Природа равновесных сегрегаций определяется, как правило, с энергетических позиций и знание механизма диффузии здесь не является основополагающим. Для неравновесных сегрегаций, как уже было отмечено, процесс диффузии является определяющим и без знания механизмов диффузии зачастую нельзя понять физическую сущность данного явления.
Поэтому необходимо применение новых, в чем-то более прогрессивных методов, с помощью которых возможно построение обоснованных физических моделей. Одними из таких методов являются методы компьютерного эксперимента, такой как метод молекулярной динамики. Несмотря на то, что молекулярная динамика давно используется для решения задач физики твердого тела, следует отметить, что подавляющее большинство задач не имеет прямого практического применения. В, связи с этим необходимо комплексное использование результатов физического эксперимента и методов компьютерного моделирования для выявления микромеханизмов исследуемых процессов с дальнейшим построением математической модели.
В рамках такого подхода возможно не только плодотворно изучать неравновесные сегрегации, но и решить в некотором роде обратную задачу - косвенно определить механизм диффузии в аморфных сплавах, оценить кинетические коэффициенты. В связи с вышеизложенным целью работы являлось: Проведение комплексного исследования методами физического эксперимента и компьютерного моделирования для выявления закономерностей и микромеханизмов процессов перераспределения компонентов в поверхностных слоях аморфных сплавов системы металл-металлоид в условиях механических и низкотемпературных воздействий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Исследовать влияние деформационного и низкотемпературного воздействий на изменение концентрации компонентов в поверхностных слоях аморфных сплавов (системы металл-металлоид).
2. Определить микромеханизмы процессов перераспределения компонентов в поверхностных слоях аморфных сплавов системы металл-металлоид
3. Построить, на основе полученных результатов, модели сегрегационных процессов в поверхностных слоях аморфных сплавов системы металл-металлоид при деформационных и низкотемпературных воздействиях.
Для решения задач необходимо:
• получить экспериментальные данные по перераспределению компонентов в поверхностных слоях аморфных сплавов при деформации и охлаждении;
• методами молекулярной динамики выявить микроскопические механизмы вторичных процессов, сопровождающих процессы перераспределения;
• в рамках комплексного подхода построить модель, учитывающую взаимосвязь процессов;
• результаты модельных расчетов сравнить с экспериментальными данными, оценить значения кинетических коэффициентов.
Научная новизна работы:
• впервые получены экспериментальные результаты по композиционному перераспределению в поверхностных слоях аморфных металлических сплавов системы металл-металлоид при деформационному нагружению и низкотемпературной обработке в жидком азоте;
• методом молекулярной динамики смоделирован процесс перераспределения элементов в аморфном сплаве в условиях деформации растяжением и сжатием, а также в условиях температурного нагружения;
• выявлено, что перераспределение элементов происходит путем миграции в составе кластеров, использование теории Гегузина-Кривоглаза о миграции включений в твердых телах позволило получить удовлетворительные значения кинетических коэффициентов;
• произведено сравнение полученных коэффициентов с коэффициентами, полученными из диффузионных расчетов по феноменологической теории, показано их соответствие;
• показано, что учет существования кластеров в AMC при разработке физико-математических моделей исследованных процессов представляет теоретическую и практическую ценность для развития теории диффузии в аморфных металлических сплавах.
На защиту выносятся:
• экспериментальные результаты по сегрегационным процессам в поверхностных слоях аморфных сплавов системы металл-металлоид при деформационных и низкотемпературных воздействиях; модель перераспределения компонентов аморфных сплавов в условиях внешних воздействий;
• значения кинетических коэффициентов полученные путем компьютерного моделирования процессов и их расчетов в соответствии с феноменологической теории диффузии в аморфных сплавах.
Практическая значимость.
Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы для оценки эксплуатационных характеристик аморфных сплавов системы металл-металлоид. Предложенный механизм миграции атомов бора и фосфора позволяет расширить представления о процессах перераспределения компонентов в неравновесных металлических системах, что может быть использовано при разработке технологий их получения и применения.
Апробация результатов.
Результаты работы докладывались на: IV Межгосударственном семинаре "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" (Обнинск, 1997г.), XIV Уральской школе металловедов-термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов" (Ижевск-Екатеринбург, 1998г.), Второй Всероссийской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2003г.).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, изложена на 108 страницах, включая 35 рисунка и 2 таблицы.
