МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО НИКЕЛЯ

С помощью метода молекулярной динамики проведено исследование структурных трансформаций в нанокристаллическом никеле, содержащем границы наклона <111><111>и <100> <100>, под действием деформации. Нанокристаллический никель создавали в модели путем кристаллизации из жидкого состояния расчетного блока в форме пластины толщиной 1,5 – 2,0 нм, содержащей специально введенные кристаллические затравки – цилиндрические кристаллические области с неподвижно зафиксированными атомами. При создании расчетного блока цилиндрические области с кристаллической структурой поворачивали на случайные либо заданные углы вокруг центральной оси цилиндров. Это делалось для того, чтобы конечные кристаллические зерна имели по завершении кристаллизации между собой границы наклона. Взаимодействия атомов никеля друг с другом описывали с помощью многочастичных потенциалов Клери-Розато, построенных в модели сильной связи. Деформацию сжатия или растяжения задавали путем изменения межатомных расстояний вдоль заданной оси. Основное внимание уделяли изучению механизма пластической деформации с участием границ зерен и тройных стыков. Решали следующие вопросы: что преимущественно является инициатором пластических сдвигов: поверхность или граница; имеются ли проявления самоорганизации в этом случае; генерируются ли дислокации или механизм пластической деформации в случае нанокристаллической структуры в основном связан с зернограничным проскальзыванием. В настоящей работе в результате моделирования было выяснено, что пластическая деформация при размере зерен порядка нескольких нанометров осуществляется преимущественно посредством зернограничного проскальзывания без образования дислокаций и внутризеренного скольжения, причем зернограничное проскальзывание в некоторых случаях сопровождает вращение зерен. Смещения атомов в процессе пластической деформации в рассматриваемых материалах в первую очередь формировались от свободных поверхностей: при растяжении атомные смещения, как правило, были направлены от поверхности в глубь поликристалла, при сжатии – наоборот, в сторону поверхности. В результате воздействия деформации процесс рекристаллизации протекал в моделируемом нанокристаллическом никеле интенсивнее, интенсивнее также в этом случае мигрировали дефекты и избыточный свободный объем к границам раздела (границам зерен и свободной поверхности).

1. Gusev A.I. Eff ects of the nanocrystalline state in solids // Physics-Uspekhi. 1998. Vol. 41. P. 49 – 76.

2. Мулюков Р.Р. Структура и свойства субмикрокристаллических металлов, полученных интенсивной пластической деформацией. Автореф. дис. доктора физ.-мат.наук. – М., 1996. – 34 с.

3. Kumar K.S., Van Swygenhoven H., Suresh S. Mechanical behavior of nanocrystalline metals and alloys // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. P. 5743 – 5774.

4. Andrievskii R.A. Thermal stability of nanomaterials // Russian chemistry reviews. 2002. Vol. 71. P. 853 – 866.

5. Zhou Y., Erb U., Aust K.T., Palumbo G. The eff ects of triple junc tions and grain boundaries on hardness and Young’s modulus in nano-structured Ni–P // Scripta Materialia. 2003. Vol. 48. P. 825 – 830.

6. Bokstein B.S., Rodin A.O., Straumal B.B. Diff usion Controlled Grain Triple Junctions Wetting in Metals // Defect and Diff usion Forum. 2011. Vol. 309-310. P. 231 – 238.

7. Palumbo G., Aust K.T. A coincident axial direction (CAD) approach to the structure of triple junctions in polycrystalline materials // Scripta Metallurgica et Materialia. 1990. Vol. 24. P. 1771 – 1776.

8. Rodriguez P., Sundararaman D., Divakar R., Raghunathan V.S. Structure of grain boundaries in nanocrystalline and quasicrystalline materials // Chemistry for Sustainable Development. 2000. Vol. 8. P. 69 – 72.

9. Poletaev G.M., Novoselova D.V., Kaygorodova V.M. The causes of formation of the triple junctions of grain boundaries containing excess free volume in fcc metals at crystallization // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 249. P. 3 – 8.

10. Розенберг В.М. Ползучесть металлов. – М: Металлургия, 1967. – 276 с.

11. Кайбышев О.А., Валиев Р.З. Границы зерен и свойства металлов. – М.: Металлургия, 1987. – 216 с.

12. Гуткин М.Ю., Овидько И.А. Предел текучести и пластическая деформация нанокристаллических материалов // Успехи механики. 2003. № 1. С. 68 – 125.

13. Gutkin M.Yu., Ovidko I.A., Skiba N.V. Grain boundary sliding and lattice dislocation emission in nanocrystalline materials under plastic deformation // Physics of the Solid State. 2005. Vol. 47. P. 1662 – 1674.

14. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.

15. Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys // Physical Review B. 1993. Vol. 48. P. 22 – 33.

16. Poletaev G.M., Starostenkov M.D., Dmitriev S.V. Interatomic poten tials in the systems Pd-H and Ni-H // Materials Physics and Mechanics. 2016. Vol. 27. № 1. P. 53 – 59.

17. Poletaev G.M., Starostenkov M.D. Structural transformations of stacking fault tetrahedra upon the absorption of point defects // Technical Physics Letters. 2009. Vol. 35. P. 1 – 4.

18. Poletaev G.M., Dmitrienko D.V., Diabdenkov V.V., Mikrukov V.R., Starostenkov M.D. Molecular dynamics investigation of the diff usion permeability of triple junctions of tilt and mixed-type boundaries in nickel // Physics of the Solid State. 2013. Vol. 55. № 9. P. 1920 – 1924.

19. Gafner S.L., Redel L.V., Gafner Yu.Ya. Simulation of the processes of structuring of copper nanoclusters in terms of the tight-binding potential // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2009. Vol. 108. P. 784 – 799.

20. Samsonov V.M., Kharechkin S.S., Gafner S.L., Redel L.V., Gafner Yu.Ya., Golovenko Zh.B. On structural transitions in nano-particles // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2010. Vol. 74. P. 673 – 676.