Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Комплексный подход к исследованию структуры тернарного сплава CoCrMo: растровая электронная микроскопия и атомистическое моделирование

Д.А. Кравченко, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.198

Оригинальная статья

Аннотация: На примере тернарного наносплава CoCrMo проведено сравнительное исследование с применением экспериментальной методики растровой электронной микроскопии и атомистического моделирования методом молекулярной динамики. С использованием технологии селективного лазерного плавления на основе порошка ПР-КХ28М6 был изготовлен образец, для которого идентифицирован неоднородный состав поверхности относительно присутствия кобальта и хрома, т.е. были обнаружены участки, одновременно обогащенные и обедненные данными элементами, что говорит о возможности формирования различных интерметаллидов на их основе. В процессе атомистического моделирования три наночастицы тернарного наносплава CoCrMo с числом атомов 10000, 15000 и 30000 были подвергнуты последовательному циклу нагревания и охлаждения, в том числе с идентификацией фазовых переходов, отвечающих плавлению и кристаллизации соответственно. Определены соответствующие температуры начала и завершения фазового перехода. Описаны закономерности структурной и поверхностной сегрегации в тернарном наносплаве CoCrMo. Отмечено, что для наночастиц, содержащих 10000 атомов, формируется лишь оболочка из атомов кобальта без формирования ядра, в то время как для наночастиц, содержащих 15000 и 30000 атомов формировалась луковичная структура. Атомы хрома формируют или ядро наночастицы как при N=10000 или периферийную область как при N=15000 и 30000. Атомы молибдена ведут себя индифферентно, т.е. распределены равномерно по всему объему исследуемых наночастиц.

Ключевые слова: тернарный сплав CoCrMo, технология селективного лазерного плавления, микроструктура поверхности, метод молекулярной динамики, структурная и поверхностная сегрегация

  • Кравченко Дарья Алексеевна – аспирант 1 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Непша Никита Игоревич – аспирант 4 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Богданов Сергей Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – д.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Кравченко, Д.А. Комплексный подход к исследованию структуры тернарного сплава CoCrMo: растровая электронная микроскопия и атомистическое моделирование / Д.А. Кравченко, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 198-209. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.198.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Yang, L. Additive manufacturing of metals: the technology, materials, design and production / L. Yang, K. Hsu, B. Baughman et al. // Springer Series in Advanced Manufacturing. – Cham: Springer, 2017. – VII+168 p. DOI: 10.1007/978-3-319-55128-9.
2. Zglobicka, I. 3D diatom–designed and selective laser melting (SLM) manufactured metallic structures / I. Zglobicka, A. Chmielewska, E. Topal et al. // Scientific Reports. – 2019. – V. 9. – Art. № 19777. – 9 p. DOI: 10.1038/s41598-019-56434-7.
3. Li, K Additive manufacturing of a Co-Cr-W alloy by selective laser melting: In-situ oxidation, precipitation and the corresponding strengthening effects / K. Li, Z. Wang, K. Song et al. // Journal of Materials Science & Technology. – 2022. – V. 125. – P. 171-181. DOI: 10.1016/j.jmst.2022.01.036.
4. Wang, Z. Selective laser melting of nanostructured Al-Y-Ni-Co alloy / Z. Wang, S. Scudino, J. Eckert, K.G. Prashanth // Manufacturing Letters. – 2020. – V. 25. – P. 21-25. DOI: 10.1016/j.mfglet.2020.06.005.
5. Богданов, С.С. Закономерности структурообразования в бинарных наночастицах ГЦК металлов при термическом воздействии: атомистическое моделирование. Монография / С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков. – Тверь: Издательство верского государственного университета, 2023. – 143 с.
6. Sdobnyakov, N. Solution combustion synthesis and Monte Carlo simulation of the formation of CuNi integrated nanoparticles / N. Sdobnyakov, A. Khort, V. Myasnichenko et al. // Computational Materials Science. – 2020. – V. 184. – Art. № 109936. – 12 p. DOI: 10.1016/j.commatsci.2020.109936.
7. Талызин, И.В. Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов / И.В. Талызин, С.С. Богданов, В.М. Самсонов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 307-320. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.307.
8. Кравченко, Д.А. Исследование структуры и свойств стоматологических коронок, изготовленных методом селективного лазерного плавления и по технологии литья в форме / Д.А. Кравченко, О.Н. Медведева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 652-661. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.652.
9. Сапрыкина, Н.А. Формирование сплава системы кобальт-хром-молибден методом селективного лазерного плавления / Н.А. Сапрыкина, А.А. Сапрыкин, Ю.П. Шаркеев и др. // Системы. Методы. Технологии. – 2021. – № 2 (50). – С. 31-37. DOI: 10.18324/2077-5415-2021-2-31-37.
10. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. – Режим доступа: www.url: http://lammps.sandia.gov. – 15.08.2024.
11. Cleri, F. Tight binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – Р. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
12. Karolewski, M.A. Tight-binding potentials for sputtering simulations with fcc and bcc metals / M.A. Karolewski // Radiation Effects and Defects in Solids. – 2001. – V. 153. – I. 3. – P. 239-255. DOI: /10.1080/10420150108211842.
13. Соколов, Д.Н. Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 624-638. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.624.
14. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет». – № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. – 1 с.
15. Ташлыкова-Бушкевич, Ия.И. Нанорельеф поверхности тонких пленок сплавов Al–Mn и Al–Ni при ионно-ассистированном осаждении на стекло / Ия.И. Ташлыкова-Бушкевич, И.А. Столяр // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2023. – № 3. – С. 23-39. DOI: 10.31857/S1028096023030172.
16. Wang, A. Characterisation of the multiple effects of Sc/Zr elements in selective laser melted Al alloy / A. Wang, Y. Yan, Z. Chen et al. // Materials Characterization. – 2022. – V. 183. – Art. № 111653. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111653.
17. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. – 155 p. DOI: 10.1007/978-3-642-18012-5.
18. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 238. – Art. № 121895. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
19. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 371-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
20. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 589-601. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
21. Verlet, L. Computer «experiments» on classical fluids. I. Thermodynamical properties of Lennard-Jones molecules / L. Verlet // Physical Review. – 1967. – V. 159. – I. 1. – P. 98-103. DOI: 10.1103/PhysRev.159.98.
22. Nosé, S.A. Molecular dynamics method for simulations in the canonical ensemble / S.A. Nosé // Molecular Physics. – 1984. – V. 52. – I. 2. – Р. 255-268. DOI: 10.1080/00268978400101201.
23. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2010. – V. 18. – I. 1. – P. 015012-1-015012-7. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
24. Suliz, K.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires / K.V. Suliz, A.Yu. Kolosov, V.S. Myasnichenko et al. // Advanced Powder Technology. – 2022. – V. 33. – I. 3. – Art. № 103518. – 15 p. DOI: 10.1016/j.apt.2022.103518.
25. Ferrando, R. Quantum effects on the structure of pure and binary metallic nanoclusters / R. Ferrando, A.Fortunelli, G. Rossi // Physical Review B. – 2005. – V. 72. – I. 8. – P. 085449-1-085449-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.085449.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒