Анастасия Николаевна Гостевская, аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля
Россия, 654007, Кемеровская обл. ‒ Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Anastasia N. Gostevskaya, Postgraduate of Chair of Science named after V.M. Finkel’
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
Артем Владимирович Маркидонов, д.ф.-м.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин имени В.М. Финкеля, Сибирский государственный индустриальный университет; заведующий кафедрой информатики и вычислительной техники им. В.К. Буторина, Кузбасский гуманитарно-педагогический институт Кемеровского государственного университета
Россия, 654007, Кемеровская обл. ‒ Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Россия, 654041, Кемеровская обл. ‒ Кузбасс, Новокузнецк, ул. Циолковского, 23
Artem V. Markidonov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Assist. Prof. of the Chair of Science named after V.M. Finkel’, Siberian State Industrial University; Head of the Chair of Informatics and Computer Engineering named after V.C. Butorin, Kuzbass Humanitarian Pedagogical Institute of Kemerovo State University
42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation
23 Tsiolkovskogo Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654041, Russian Federation
Михаил Дмитриевич Старостенков, д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики
Россия, 656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 46
Mikhail D. Starostenkov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Head of the Chair of Physics
46 Lenina Ave., Barnaul, Altai Territory 656038, Russian Federation
Дмитрий Анатольевич Лубяной, к.т.н., доцент кафедры технологии и комплексной механизации горных работ
Россия, 653039, Кемеровская обл. ‒ Кузбасс, Прокопьевск, ул. Ноградская, 32
Dmitrii A. Lubyanoi, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Technology and Integrated Mechanization of Mining
32 Nogradskaya Str., Prokop’evsk, Kemerovo Region – Kuzbass 653039, Russian Federation
На сегодняшний день перед исследователями и промышленностью стоит задача улучшения физико-механических свойств различных металлических изделий. Для упрочнения конструкций существуют различные технологии обработки поверхности материала путем высокотемпературного воздействия. Большой интерес при этом вызывает применение лазерных технологий. Высокоскоростной локальный лазерный нагрев поверхности материала с последующим быстрым охлаждением путем отвода тепла в глубь объема, а также отсутствие механического воздействия позволяют получить уникальные неравновесные структуры с широким набором свойств. Очевидно, что развитие этих технологий требует глубоких фундаментальных исследований. В настоящей работе методом молекулярной динамики выявлялись особенности структурных изменений поверхностных слоев кристалла железа при высокотемпературном воздействии. Выбор такого метода обусловлен тем, что рассматриваемые явления затруднительно изучать путем реальных экспериментов и прямых наблюдений. Условия компьютерного эксперимента были заданы таким образом, чтобы после прохождения точки температуры плавления в моделируемой системе происходил фазовый переход, при котором осуществляется отрыв частиц от поверхности жидкой фазы. В результате проведенного исследования выполнена оценка пороговой температуры эжектирования частиц и проведено исследование механизмов образования кластеров частиц. При нагреве происходит увеличение количества кластеров, а при охлаждении – его уменьшение, но при этом размеры кластеров увеличиваются, что свидетельствует о реализации механизма конденсации продуктов абляции. Дополнительно проведено исследование влияния внешнего давления на моделируемую систему частиц. Показано, что при увеличении давления количество кластеров уменьшается.
Today, researchers and industry are faced with the task of improving the physical and mechanical properties of various metal products. To strengthen the structures, there are various technologies for processing the material surface by high-temperature exposure. At the same time, the use of laser technologies is of great interest. High-speed local laser heating of the material surface followed by rapid cooling with heat removal into the volume depth, as well as the absence of mechanical action, allows us to obtain unique nonequilibrium structures with a wide range of properties. Obviously, the development of these technologies requires deep fundamental research. In this work, the molecular dynamics method revealed the features of structural changes in the surface layers of an iron crystal under high-temperature exposure. The choice of such a method is due to the fact that the phenomena under consideration are difficult to study through real experiments and direct observations. Conditions of the computer experiment were set in such a way that after the melting point is reached, a phase transition occurs in the simulated system, during which particles are separated from the surface of the liquid phase. As a result of the study, the threshold temperature of particle ejection was estimated and the mechanisms of particle cluster formation were investigated. When heated, the number of clusters increases, and when cooled, it decreases, but at the same time their sizes increase, which indicates the implementation of the condensation mechanism of ablation products. Additionally, the influence of external pressure on the simulated particle system was studied. It is shown that as the pressure increases, the number of clusters decreases.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.