Моделирование зернограничной диффузии в условиях нестационарного нагрева

Моделирование зернограничной диффузии в условиях нестационарного нагрева

Автор: Чепак-Гизбрехт Мария Владимировна, Князева Анна Георгиевна

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.

Бесплатный доступ

Зернограничная диффузия оказывает существенное влияние на физико-механические и химические свойства конструкционных материалов. Экспериментальные исследования показывают, что процессы переноса происходят интенсивнее в материалах с большей долей границ. У этих материалов снижается температура, необходимая для активации диффузии. Зернограничной диффузии уделяется большое внимание в таких областях, как материаловедение, физика и химия металлов, металловедение. Однако практически отсутствуют публикации, в которых были бы отражены исследования диффузии по границам зерен и фаз в неизотермических условиях. В настоящей работе предложена двумерная модель перераспределения легирующего элемента из аморфного покрытия в подложку. Подложка представлена в виде чередующихся зерен с тройными стыками. Стыки - области, примыкающие к границам зерен, заданы явно и имеют конечную толщину. Разные соотношения между размерами зерен и шириной границ позволяют говорить о диффузии в микро- и нанокристаллическом материале...

Еще

Диффузия, зернограничная диффузия, неизотермические условия, численное решение, распределение концентраций

Короткий адрес: https://sciup.org/143167066

IDR: 143167066   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.6

Список литературы Моделирование зернограничной диффузии в условиях нестационарного нагрева

  • Каур И., Густ В. Диффузия по границам зерен и фаз. М.: Машиностроение, 1991. 448 с.
  • Бокштейн Б.С., Ярославцев А.Б. Диффузия атомов и ионов в твердых телах. М.: МИСИС, 2005. 362 с.
  • Колобов Ю.Р., Липницкий А.Г., Иванов М.Б., Голосов Е.В. Роль диффузионно-контролируемых процессов в формировании структуры и свойств металлических наноматериалов//Композиты и наноструктуры. 2009. № 2. С. 5-24.
  • Aoto T., Sato K., Mian Md.S., Okimura K. Impact of (111)-oriented TiN conductive layers for the growth of vanadium dioxide films and the effect of grain boundary diffusions//J. Alloy. Compd. 2018. Vol. 748. P. 87-92.
  • Алешин А.Н. Связь между параметрами зернограничной диффузии и структурой границ зерен в металлах с гранецентрированной кубической решёткой: Автореф. дис. док. физ.-мат. наук. Москва, НИТУ МИСиС, 2011. 47 с.
  • Desissa T.D., Haugsrud R., Wiik K., Norby T. Inter-diffusion across a direct p-n heterojunction of Li-doped NiO and Al-doped ZnO//Solid State Ionics. 2018. Vol. 320. P. 215-220.
  • Weng S., Qiao L., Wang P. Thermal stability of Pt-Ti bilayer films annealing in vacuum and ambient atmosphere//Appl. Surf. Sci. 2018. Vol. 444. P. 721-728.
  • Wang Y., Luo Y., Wang Z., Wu G., Xie J., Yan W., Yu D. Coercivity enhancement in Nd-Fe-B magnetic powders by Nd-Cu-Al grain boundary diffusion//J. Magn. Magn. Mater. 2018. Vol. 458. P. 85-89.
  • Назаров А.А. Зернограничная диффузия в нанокристаллах при зависящем от времени коэффициенте диффузии//ФТТ. 2003. Т. 45, № 6. С. 1112-1114.
  • Попов В.В., Сергеев А.В. Зернограничная диффузия кобальта в субмикрокристаллическом молибдене, полученном кручением под высоким давлением//ФММ. 2017. Т. 118, № 11. С. 1149-1154.
  • Васильев А.Д. Диффузия по движущимся дефектам решетки в металлах и сплавах//Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 1996. Вып. 4. С. 131-138.
  • Смирнов Е.А., Спиридонов А.К., Шмаков А.А. Радиационно-стимулированная зернограничная диффузия в поли-и нанокристаллических материалах//ФизХОМ. 2010. № 3. С. 7-14.
  • Ракитин Р.Ю., Полетаев Г.М., Аксенов М.С., Старостенков М.Д. Исследование механизмов диффузии по границам зерен наклона в ГЦК металлах//ФПСМ. 2005. Т. 2, № 2. С. 124-129.
  • Чувильдеев В.Н., Благовещенский Ю.В., Нохрин А.В., Сахаров Н.В., Болдин М.С., Исаева Н.В., Шотин С.В., Лопатин Ю.Г., Смирнова Е.С., Попов А.А., Белкин О.А., Семенычева А.В. Высокоскоростное электроимпульсное плазменное спекание нанопорошковых композиций на основе карбида вольфрама//Рос. нанотехнол. 2015. Т. 10, № 5-6. С. 91-101.
  • Анциферова И.В. Зависимость процесса уплотнения при спекании с использованием наноразмерных металлических порошков (научный обзор)//Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2015. Т. 17, № 2. С. 13-20.
  • Парфенова Е.С., Князева А.Г. Начальная стадия формирования переходного слоя между пленкой и подложкой при нагреве сильноточным электронным пучком//Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. 2018. № 54. С. 103-117.
  • Olyaeefar B., Ahmadi-Kandjani S., Asgari A. Classical modelling of grain size and boundary effects in polycrystalline perovskite solar cells//Sol. Energ. Mat. Sol. C. 2018. Vol. 180. P. 76-82.
  • Colombara D., Werner F., Schwarz T., Infante I.C., Fleming Y., Valle N., Spindler C., Vacchieri E., Rey G., Guennou M., Bouttemy M., Manjón A.G., Alonso I.P., Melchiorre M., El Adib B., Gault B., Raabe D., Dale P.J., Siebentritt S. Sodium enhances indium-gallium interdiffusion in copper indium gallium diselenide photovoltaic absorbers//Nat. Commun. 2018. Vol. 9. 826.
  • Olsén J., Shen Z., Liu L., Koptyug A., Rännar L.-E. Micro-and macro-structural heterogeneities in 316L stainless steel prepared by electron-beam melting//Mater. Charact. 2018. Vol. 141. P. 1-7.
  • Fisher J.C. Calculation of diffusion penetration curves for surface and grain boundary diffusion//J. Appl. Phys. 1951. Vol. 22. P. 74-77.
  • Долгополов Н.А., Родин А.О., Симанов А.В., Гонтарь И.В. Диффузия меди по границам зерен алюминия//Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2009. № 2. С. 54-58.
  • Терентьев Ю.А., Бокштейн Б.С., Помадчик А.Л., Попова Д.Е., Родин А.О. Зернограничная диффузия германия в меди и ее сплавах Cu-Ge, Cu-Fe//Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2012. № 5. С. 46-50.
  • Долгополов Н.А. Зернограничная диффузия меди в алюминии и сплавах алюминий-медь и алюминий-церий: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Москва, МИСиС, 2015. 22 с.
  • Белова И.В., Мерч Г.Е. Соотношения между коэффициентами диффузии меченых атомов и коэффициентами химической диффузии в сплавах внедрения и замещения//Материаловедение. 2008. № 9. С. 39-46.
  • Belova I.V., Fiedler T., Kulkarni N., Murch G.E. The Harrison diffusion kinetics regimes in solute grain boundary diffusion//Phil. Mag. 2012. Vol. 92. P. 1748-1763.
  • Какурин Ю.Б., Какурина Н.А., Захаров А.Г. Методика определения коэффициента зернограничной диффузии примеси в металлах на основе численного решения по модели Фишера//ИВД. 2013. № 3(26).
  • Saha S., Motalab M. Nature of creep deformation in nanocrystalline Tungsten//Comput. Mater. Sci. 2018. Vol. 149. P. 360-372.
  • Липницкий А.Г., Некрасов И.В., Колобов Ю.Р. Молекулярно-динамическое исследование зернограничной самодиффузии в ГПУ-и ОЦК-фазах нанокристаллического титана//Физ. мезомех. 2013. Т. 16, № 1. С. 67-73.
  • Belova I.V., Murch G.E. Phenomenological Aspects of Grain Boundary Diffusion//Defect and Diffusion Forum. 2006. Vol. 258-260. P. 483-490.
  • Scheiber D., Romaner L., Fischer F.D., Svoboda J. Kinetics of grain boundary segregation in multicomponent systems -The example of a Mo-C-B-O system//Scripta Mater. 2018. Vol. 150. P. 110-114.
  • Du L., Yang S., Zhu X., Jiang J., Hui Q., Du H. Pore deformation and grain boundary migration during sintering in porous materials: a phase-field approach//J. Mater. Sci. 2018. Vol. 53. P. 9567-9577.
  • Mishin Y.M. 50 Years of grain boundary diffusion: What do we know about it today?//Defect and Diffusion Forum. 2001. Vol. 194-199. P. 1113-1126.
  • Дивинский С.В. Диффузия и сегрегация примесей по границам зерен в высокочистой меди. Часть I // Материаловедение. 2008. № 8. С. 42-49.
  • Перевезенцев В.Н., Пупынин А.С. Уравнения диффузии в неравновесных границах зерен//ФММ. 2008. Т. 105, № 4. С. 350-354.
  • Красильников В.В., Савотченко С.Е. Закономерности зернограничной диффузии при неравновесности границ зерен и их миграция в наноструктурных материалах//Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т. 73, № 9. С. 1348-1354.
  • Алёшин А.Н. Диффузия в ансамбле пересекающихся границ зерен, образующих тройной стык//Металлы. 2009. № 5. С. 30-36.
  • Herzig C., Divinski S.V. Grain boundary diffusion in metals: Recent developments//Mater. Trans. 2003. Vol. 44, No. 1. P. 14-27.
  • Попов В.В. Модель зернограничной диффузии, учитывающая наличие приграничных слоев равновесного состава//ФММ. 2006. Т. 102, № 5. С. 485-493.
  • Klinger L., Rabkin E. Beyond the Fisher model of grain boundary diffusion: Effect of structural inhomogeneity in the bulk//Acta Mater. 1999. Vol. 47. P. 725-734.
  • Перевезенцев В.Н. О механизме самодиффузии в границах зерен с неупорядоченной атомной структурой//ЖТФ. 2001. Т. 71, № 11. С. 136-138.
  • Knyazeva A.G. Thermodynamics with additional parameters for polycrystals//Nanomechanics Science and Technology: An International Journal. 2016. Vol. 7. P. 1-25.
  • Миколайчук М.А., Князева А.Г. Модель диффузии примеси в структурно-неоднородной деформируемой среде//Известия ВУЗов. Физика. 2012. Т. 55, № 5-2. С. 74-79.
  • Knyazeva А.G. The theory of reactive diffusion for the description of oxide phase growth in a coating//AIP Conf. Proc. 2015. Vol. 1683. 020084.
  • Бокштейн Б.С., Магидсон И.А., Светлов И.Л. О диффузии в объеме и по границам зерен//ФММ. 1958. Т. 6, № 6. С. 1040-1052.
  • Belova I.V., Murch G.E. Analysis of kinetics regimes in grain boundary self-diffusion//Phil. Mag. 2009. Vol. 89. P. 665-675.
  • Jothi S., Croft T.N., Brown S.G.R., de Souza Neto E.A. Finite element microstructural homogenization techniques and intergranular, intragranular microstructural effects on effective diffusion coefficient of heterogeneous polycrystalline composite media//Compos. Struct. 2014. Vol. 108. P. 555-564.
  • Zhao J., Wang G.-X., Ye C., Dong Y. A numerical model coupling diffusion and grain growth in nanocrystalline materials//Comput. Mater. Sci. 2017. Vol. 136. P. 243-252.
  • Diffusion in Solid Metals and Alloys/Ed. H. Mehrer. Berlin/Heidelberg: Springer, 1990. 747 p.
  • Степанова Е.Н., Грабовецкая Г.П., Тересов А.Д., Мишин И.П. Эволюция структуры и спектра разориентировок границ зерен субмикрокристаллического молибдена при облучении импульсным электронным пучком//Известия ВУЗов. Физика. 2018. Т. 61, № 1. С. 3-8.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp