Внутреннее трение на границах зерен в нанокристаллическом материале с порами
В.Г. Кульков, В.В. Кулькова
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.670
Оригинальная статья
Аннотация: Рассматривается математическая модель внутреннего трения в поликристаллическом материале с наномасштабным размером зерен. Их границы содержат поры, как в тройных стыках зерен, так и между ними. Под действием переменных нормальных границе напряжений плоские участки границы являются периодически действующими источниками и стоками вакансий. Вследствие наличия этих потоков осуществляется взаимное смещение смежных зерен. В зависимости оттемпературы диффузионная длина вакансий меньше, либо сравнивается с расстоянием между порами. На графике зависимости внутреннего трения от температуры имеется излом между прямолинейными участками. Из положения излома можно оценить средний размер плоских участков границы. Эффективная энергия активации процесса в этих случаях зависит от температуры и различается в два раза. При температурах, когда концентрация тепловых вакансий в границе превышает геометрически необходимую величину концентрации структурных вакансий, энергия активации еще более увеличивается. Температура перехода к этому значению определяется степенью неравновесности структуры границы.
Ключевые слова: нанокристаллический материал, границы зерен, диффузионная длина, поры, вакансии, внутреннее трение, энергия активации
- Кульков Виктор Геннадьевич – д.ф.-м.н., профессор филиала, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
- Кулькова Валентина Викторовна – к.ф.-м.н., доцент филиала, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском
Ссылка на статью:
Кульков, В.Г. Внутреннее трение на границах зерен в нанокристаллическом материале с порами / В.Г. Кульков, В.В. Кулькова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 670-678. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.670.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – М.: Физматлит, 2005. – 416 с.
2. Matsui, I. Relationship between grain boundary relaxation strengthening and orientation in electrodeposited bulk nanocrystalline Ni alloys / I. Matsui, M. Kanetake, H. Mori, Y. Takigawa, K. Higashi // Materials Letters. – 2017. – V. 205. – P. 211-214. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.06.094.
3. Varshney, P. Effect of grain boundary relaxation on the corrosion behaviour of nanocrystalline Ni-P alloy / P. Varshney, S. Chhangani, M.J.N.V. Prasad, S. Pati, S. Gollapudi // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – V. 830. – Art. № 154616. – 9 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154616.
4. Мулюков, Р.Р. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: Эксперимент, теория, технологии / Р.Р. Мулюков, Р.М. Имаев, А.А. Назаров и др.; под ред. Р.Р. Мулюкова и др. – М.: Наука, 2014. – 284 с.
5. Nazarov, A.A. On the structure, stress fields and energy of nonequilibrium grain boundaries / A.A. Nazarov, A.E. Romanov, R.Z. Valiev // Acta Metallurgica et Materialia. – 1993. – V. 41. – I. 4. – P. 1033-1040. DOI: 10.1016/0956-7151(93)90152-I.
6. Чувильдеев, В.Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения / В.Н. Чувильдеев. – М.: Физматлит, 2004. – 304 с.
7. Shabashov, V.A. Deformation-induced nonequilibrium grain-boundary phase in submicrocrystalline iron/ V.A. Shabashov, V.V. Ovchinnikov, R.R. Mulyukov, R.Z. Valiev, N.P. Filippova // Nanostructured Materials. – 1999. – V. 11. – I. 8. – P. 1017-1029. DOI: 10.1016/S0965-9773(99)00383-9.
8. Андриевский, Р.А. Прочность наноструктур / Р.А. Андриевский, А.М. Глезер // Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179. – Вып. 337. – С. 337-358. DOI: 10.3367/UFNr.0179.200904a.0337.
9. Chai, Z.. The kinetics of nanostructural relaxation in electrodeposited Ni upon low-temperature annealing: an in-situ X-ray diffraction investigation / Z. Chai, Z. Yu, X. Chen // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – V. 18. – P. 4099-4103. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.04.098.
10. Бетехтин, В.И. Влияние противодавления при равноканальном угловом прессовании на образование нанопористости в ультрамелкозернистой меди / В.И. Бетехтин, Е.Д. Табачникова, А.Г. Кадомцев, М.В. Нарыкова, R. Lapovok // Письма в журнал технической физики. – 2011. – Т. 37. – Вып. 16. – С. 52-55.
11. Бетехтин, В.И. Нанопористость ультракристаллических алюминия и сплава на его основе / В.И. Бетехтин, А.Г. Кадомцев, V. Sklenicka, I. Saxl // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49. – Вып. 10. – С. 1787-1790.
12. Hartland, P. Grain growth with boundary pores / P. Hartland, A.G. Crocker, M.O. Tucke // Journal of Nuclear Materials. – 1988. – V. 152. – I. 2-3. – P. 310-322. DOI: 10.1016/0022-3115(88)90342-X.
13. Blanter, M.S. Internal friction in metallic materials. A handbook / M.S. Blanter, I.S. Golovin, H. Neuhauser, H.-R. Sinning // In: Springer Series in Materials Science. – V. 90. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007, – XVII, 542 p. DOI: 10.1007/978-3-540-68758-0.
14. Дешевых, В.В. Высокотемпературный фон внутреннего трения в нанокомпозиционном материале / В.В. Дешевых, В.Г. Кульков, Л.Н. Коротков, Д.П. Тарасов // Композиты и наноструктуры. – 2012. – № 2 (14). – С. 24-34.
15. Alfreider, M. Probing defect relaxation in ultra-fine grained Ta using micromechanical spectroscopy / M. Alfreider, I. Issa, O. Renk, D. Kiener // Acta Materialia. – 2020. – V. 185. – P. 309-319. DOI: 10.1016/j.actamat.2019.12.011.
16. Кульков, В.Г. Зернограничное внутреннее трение в пористом ультрамелкозернистом материале / В.Г. Кульков, В.В. Кулькова // Альтернативная энергетика и экология. – 2015. – № 17-18. – С. 100-104. DOI: 10.15518/isjaee.2015.17-18.014.
17. Кульков, В.Г. Внутреннее трение на границах зерен, содержащих протяженные поры / В.Г. Кульков, А.А. Сыщиков // Письма в журнал технической физики. – 2019. – Т 45. – Вып. 3. – С. 23-25. DOI: 10.21883/PJTF.2019.03.47267.17580.
18. Новик, А. Релаксационные явления в кристаллах / А. Новик, Б. Берри; пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1975. – 472 с.
19. Золотухин, И.В. О высокотемпературном фоне внутреннего трения в кристаллических и аморфных твердых телах / И.В. Золотухин, Ю.Е. Калинин // Физика твердого тела. – 1995. – Т. 37. – Вып. 2. – С. 536-545.
20. Калинин, Ю.Е. Высокотемпературный фон внутреннего трения в твердых телах / Ю.Е. Калинин, Б.М. Даринский // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2012. – № 5. – С. 15-18.
21. Гриднев, С.А. О вакансионной природе высокотемпературного фона внутреннего трения в твердых телах / С.А. Гриднев, Ю.Е. Калинин // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92. – Вып. 2.– С. 242-249. DOI: 10.21883/jtf.2022.02.52013.146-21.