Проведено исследование структуры и физико-механических свойств паяного соединения сплава 29НК (ковар) с керамикой В4С. Разработана методика синтеза припоя Cu–Sn–Ti для изготовления электрон-позитронных мишеней ускорителей нового поколения. В среде GEANT4 проведено моделирование распределения тепловыделения в потоке жидкого свинца толщиной 28 ммдля энергии первичного электронного пучка 6 ГэВ. Показано, что температура достигает максимальных значений вблизи выходного окна мишени. Приготовление припоя и пайка проводились в вакууме при давлении 10-4 Па. Массовое соотношение компонентов припоя составляло: 73 % Cu, 18 % Sn, 9 % Ti. Максимальная температура при синтезе припоя 1100 °С. В процессе пайки образец нагревался до температуры 800 °С и выдерживался в течение 40 минут. Затем производился нагрев до температуры 950 °С, время выдержки 10 минут. Использовался ступенчатый режим охлаждения для снятия остаточных напряжений с выдержкой при температурах 800 °С, 700 °С, 550 °С. Исследование показало возможность использования припоя Cu–Sn–Ti для пайки электрон-позитронных мишеней. Паяное соединение ковар-керамика имеет слоистую структуру, позволяющую выделить три основных слоя: интерметаллический слой, состоящий из фазы Cu3Sn, эвтектический слой и диффузионную зону. Образование интерметаллического слоя может происходить как на поверхности ковара, так и на поверхности керамики. Интерметаллический слой на границе с керамикой препятствует диффузии бора в припой и образованию диффузионной зоны, которая обеспечивает высокую адгезию припоя с керамикой. Возможны режимы пайки, при которых интерметаллиды на поверхности керамики не образуются, что позволяет сформировать обширную диффузионную зону. При использованных режимах пайки на границе с коваром образуется интерметаллическая фаза, что может привести к хрупкому разрушению паяного соединения. Измерение микротвердости паяного соединения показали следующие значения: зона интерметаллидов – 2,5 ГПа, зона эвтектики – 1 ГПа, диффузионная зона с переменной микротвердостью, возрастающей от 1 до 5,5 ГПа.

В данной работе представлены результаты влияния высокотемпературного воздействия на изменения структуры кристаллов ОЦК. Интерес к исследованию обусловлен тем, что процессы, происходящие в поверхностном слое, пребывающем в жидком состоянии, в последующем окажут свое влияние при его кристаллизации и, как следствие, скажутся на различных физических и геометрических характеристиках поверхности материала в целом. Представленная модель дает возможность наблюдать несовершенства структуры, которые представляют собой появление пор на поверхностных слоях металла. Построенная и описанная в работе модель, температура расчетной ячейки в которой распределяется в соответствии с решением линейной задачи теплопроводности, позволила выявить нарушение сплошности поверхностного слоя, заключающееся в локализации избыточного свободного объема в виде группы сферических пор. Размеры этих несовершенств, а также длительность их существования имеют отличия при моделировании разной плотности энергии лазерного излучения. Дальнейшее исследование позволило выявить условия, при которых поры остаются стабильными на протяжении всего времени моделирования, а также выявить связь между кристаллографической ориентацией межфазной границы «твердое тело — жидкость» и размерами образуемых пор.

В этой статье рассматриваются механические свойства платины, армированной углеродной нанотрубкой (УНТ), в условиях одноосной растягивающей нагрузки посредством метода молекулярной динамики.Обзор текущих расчетных и экспериментальных исследований подчеркивает преимущества композитов, армированных углеродными нанотрубками с структурной точки зрения.Однако количественные и качественные исследования влияния углеродной нанотрубки на улучшения свойств композитов все еще редки.Выбор композита обусловлен перспективой применения платиновых сплавов во многих сферах, где они могут подвергаться механическим воздействиям, в том числе и в биосовместимых системах.Армирование платины (Pt) с помощью УНТ может обеспечить дополнительные возможности для вживления имплантатов и при этом достичь требуемых механических характеристик.Структура композита состояла из кристалла Pt с гранецентрированной кубической решеткой с постоянной 3,92 Å и углеродной нанотрубки.Матрица кристалла платины имеет форму куба с размерами 43,1541 Å × 43,1541 Å × × 43,1541 Å. Размер отверстия в середине платиновой матрицы определяется радиусом углеродной нанотрубки типа «зигзаг» (8,0), который составляет 2,6 Å. Углеродная нанотрубка помещается в отверстие радиусом 4,2 Å. При таких параметрах взаимной конфигурации наблюдался минимум энергии взаимодействия.Рассматриваемая модель содержит 320 атомов углерода и 5181 атом платины.Объемная доля углерода в композите Pt-C составляет 5,8 %.На первом этапе исследования производились анализ влияния скорости деформации на соотношение «напряжение-деформация» и изменение энергии в процессе одноосного растяжения композита Pt-C.Анализ влияния скорости деформации показал, что предел текучести при растяжении увеличивается с увеличением скоростей деформации, а модуль упругости имеет, скорее, тенденцию к уменьшению при увеличении скорости деформации.Данная работа также демонстрирует, что по сравнению с чистой платиной модуль Юнга увеличился на 40 % для Pt-C, а эластичность композита меньше на 42,3 %.В целом подробно рассмотрены механизмы разрушения, включая пластическую деформацию в атомистическом масштабе.

Volumetric defects in crystals worsen operational properties of structural materials; therefore, the problem of reducing discontinuities in solid is one of the most important in modern materials science. In the present work, the results of computer simulation are presented that demonstrate possibility of collapse of pores in a crystal in state of shear deformation under the influence of shock waves. Similar waves can occur in a solid under external high-intensity exposure. For example, in the zone of propagation of displacement cascade, there are regions in which occurs a mismatch between the thermalization times of atomic vibrations and the removal of heat from them. As a result of the expansion of such a region, a shock after cascade wave arises. The simulation was carried out based on molecular dynamics method using the potential calculated by means of mmersed atom method. As a bulk defect, we considered extended pores of cylindrical shape, which can be formed after passing of high-energy ions through a crystal, or, for example, when superheated closed fluid inclusions (mother liquor) reach the surface. The study has shown that such defects are the source of heterogeneous nucleation of dislocation loops, contributing to a decrease in the shear stresses in simulated structure. Dependences of the average dislocation density on the shear angle and temperature of the designed cell were established, and the loop growth rate was estimated. Generated shock waves create additional tangential stresses that contribute to the formation of dislocation loops; therefore, in this case, dislocations are observed even with a small shear strain. If during simulation the thermal effect increases, the pore collapses.

Методом молекулярной динамики проведено исследование влияния примесных атомов углерода и кислорода на диффузию по границам зерен наклона с осью разориентации 110 в ГЦК металлах Ni и Ag. Показано, что границы наклона 110 обладают значительно меньшей диффузионной проницаемостью по сравнению с границами наклона с осями 100 и 111. Введение примесей, как правило, приводило к интенсификации диффузии по границам зерен, что было обусловлено деформацией кристаллической решетки вблизи примесных атомов, из-за чего вдоль границ возникали дополнительные искажения и свободный объем. Атомы углерода оказались более подвижны, чем атомы кислорода, что согласуется с энергиями активации их миграции вдоль ядер дислокаций. Для Ni были получены значения 0,21 эВ для С и 0,27 эВ для О. Для Ag: 0,32 и 0,42 эВ соответственно. Для диффузии по границам 110 была обнаружена ярко выраженная анизотропия, которая, в отличие от границ наклона 100 и 111, сохранялась и при больших углах разориентации. Наибольший эффект от примесей на самодиффузию вдоль границ зерен из двух рассмотренных металлов наблюдался для никеля, который обладает наименьшим параметром решетки. Примесные атомы сильнее деформируют решетку в никеле вокруг себя по сравнению с серебром, в связи с чем они создают в нем сравнительно больше искажений решетки и дополнительного свободного объема вдоль границ зерен, которые приводят к росту диффузионной проницаемости.

The research results are presented in two parts. The first part presents data describing the general state of the problem of low-stability pre-transitional structural phase states in intermetallides of the Ni-Al system. Physical interpretations of low-stability structural phase states in condensed systems are described along with the applied physical-mathematical model based on a calculated block of 32x32x32 elementary cells (65536 atoms) of an ordered BCC structure (superstructure B2, Pearson symbol cP2). The study is carried out by Monte Carlo methods using the Metropolis algorithm for an intermetallic NiAl sample of stoichiometric composition (used as an example). It is found out that a kind of hysteresis is observed during thermal cycling. The presence of such hysteresis indicates the irreversibility of the occurring processes. This implies a difference in the structural phase states at the heating and cooling stages. The second part of the paper will demonstrate the results of a computer simulation of changes in structural phase states. The focus will be made on the low-stability pre-transitional structural phase states and energy characteristics of intermetallides образом with deviations from the stoichiometric composition of Ni45Al55 and Ni55Al45.

Анализ атомной и фазовой структуры подтвердил различие структурно-фазовых состояний на этапах нагрева и охлаждения. На основе анализа влияния отклонения атомного состава от стехиометрического на состояния интерметаллида в процессе охлаждения установлено, что отклонение оказывается существенным фактором в области предпереходных слабоустойчивых структурно-фазовых состояний перед превращением. Поведение кривых температурных зависимостей параметра дальнего порядка при охлаждении сплавов нестехиометрических составов существенно отличаются от поведения соответствующей кривой сплава стехиометрического состава. Показано, что в случае охлаждения сплавов нестехиометрических составов для установления дальнего порядка требуется существенное переохлаждение, а появление упорядоченных фаз происходит при значительно более низких температурах. Установлено, что кривая температурной зависимости параметра дальнего порядка сплава Ni45Al55 лежит существенно ниже соответствующей кривой сплава Ni55Al45. Это свидетельствует о разных механизмах установления дальнего порядка сплавов с нестехиометрическими составами. Отмечено, что отклонение состава системы от стехиометрического вызывает существенное измельчение упорядоченных и неупорядоченных областей. Данная статья является продолжением работы, опубликованной ранее в журнале Известия АлтГУ. 2020. №1 (111).

Предложен межатомный потенциал, пригодный для описания как термодинамически равновесных свойств, так и для радиационных повреждений в металлах и сплавах. В качестве исследуемого материала выбран сплав NiAl со сверхструктурой B2. Методом молекулярной динамики исследованы каскады смещений атомов в этом сплаве с энергиями первого атома, с которым сталкивается падающая частица, до 40 кэВ. Проведенное исследование позволило установить не только качественное и количественное согласие с результатами, известными из литературных источников, но и обнаружило что 1) пороговая энергия смещения атомов Ni в чистом металле никеля выше, чем в упорядоченном сплаве NiAl со сверхструктурой B2, в отличие от пороговой энергии атомов Al в сплаве NiAl со сверхструктурой B2, которая выше, чем в чистом металле алюминия 2) эволюция пар Френкеля в сплаве существенно зависит от среднего значения кинетического спектра каскада атомных смещений, причем долгоживущими оказываются дефекты в сверхзвуковой и трансзвуковой фазе тогда, когда средние значения кинетического спектра близки к значению эффективной пороговой энергии смещения, само же число устойчивых пар Френкеля находится в линейной зависимости от энергии первого атома, с которым сталкивается падающая частица 3) лавинное образование пар Френкеля в звуковой фазе возникает тогда, когда средние значения кинетического спектра каскадных атомов ниже эффективной пороговой энергии смещения, но выше энергии образования дефектов, при этом за максимальным значением числа пар Френкеля атомы каскада не обладают достаточной энергией для создания дополнительных дефектов 4) замещающие последовательности столкновений интенсивно рассеивают каскадную энергию с образованием устойчивых пар Френкеля в сверхзвуковой фазе, а сфокусированные последовательности столкновений рассеивают энергию без какого-либо повреждения, без передачи каскадной энергии и массопереноса в звуковой фазе. 5) величина смещений замещающих атомов определяется расстоянием до ближайших соседей в идеальной решетке NiAl со сверхструктурой B2, причем число атомов на вершинах функции распределения атомных смещений, соответствующих расстоянию до ближайшего соседа, имеет такое же степенное распределение, как и функция диссипации каскадной энергии.

Обзор посвящен исследованию дискретных бризеров в кристаллах стехиометрии A3B, AB и в моноатомных кристаллах. Дана краткая история развития концепции дискретных бризеров в кристаллах, рассмотрены возможные пути дальнейших исследований. Приведены данные, свидетельствующие о том, что для существования дискретных бризеров необходимо наличие свойств дискретности и нелинейности исследуемой системы. В рассматриваемых работах исследование дискретных бризеров осуществлялось методом молекулярной динамики с использованием как парных, так и многочастичных потенциалов. На примере кристаллов Pt3Al и CuAu показано, что дискретные бризеры с жестким типом нелинейности способны сосредоточивать энергию порядка нескольких электронвольт, при этом они являются мобильными и могут перемещаться по кристаллу вдоль плотноупакованных направлений. Выявлены два механизма возбуждения дискретных бризеров с мягким типом нелинейности в кристалле стехиометрии А3В потоком частиц. Продемонстрировано, что внешние поля, осциллирующие с частотой вне фононного спектра кристалла А3В, могут являться причиной возбуждения бризеров с мягким типом нелинейности вблизи его поверхности. Для металлов Pt, Au, Ni, Pd, Cu показана зависимость продолжительности жизни ДБ от их коэффициента Пуассона. Приведены амплитудно-частотные характеристики и зависимости времени жизни дискретных бризеров от начальных параметров возбуждения.

The effect of the nonlinear supratransmission in crystal of A3B stoichiometry is studied by molecular dynamics on the example of Pt3Al alloy. This effect is the transfer of energy at frequencies outside the phonon spectrum of the crystal. Research of the mechanisms of energy transport from the material surface to the interior is the important task, both from the theoretical point of view and from the prospects for practical application in the modification of near-surface layers by treatment with intense external influence of various types. The model was a three-dimensional face-centered cubic crystal whose atoms interact by means of the multiparticle potential obtained by the embedded atom method, which provides greater realism of the model in comparison with the use of pair potentials. Various forms of oscillation of the external influence region are considered. The possibility of energy transport from the crystal surface to the interior is shown by excitation of quasi-breathers near the region of influence and their subsequent destruction in the crystal and scattering of the energy stored on them. The quasibreathers are high-amplitude nonlinear atoms' oscillations of the alloy lightweight component at frequencies outside the phonon spectrum of the crystal. This effect was observed not with every oscillation's form of the region of influence. Quasi-breathers appeared most intensely near the region of influence with sinusoidal form oscillations. The results obtained indicate that the contribution of quasi-breathers to the energy transfer through the crystal increases with increasing amplitude of the influence. The range of amplitudes from 0.05 to 0.5 Å is considered. The frequency of the influence varied from 0.2 to 15 THz, which ensured the coverage of the entire spectrum of lowamplitude oscillations for this crystal's model. The minimum magnitude of the external effect amplitude at which this effect was observed was found to be 0.15 Å. At amplitudes greater than 0.5 Å, the cell rapidly decays for frequencies close to the optical branch of the phonon spectrum. The results of the study can be useful for laser processing of materials, surface treatment by low-energy plasma, and also in radiation materials science.

В работе исследуется поведение сплава NiAl со сверхструктурой B2 при облучении. С этой целью была проведена серия молекулярно-динамического моделирования смещений в канале передвижения имплантированного атома с энергией от 1 кэВ до 40 кэВ. Чтобы устранить влияние граничных эффектов, расчетные блоки содержали от 60x60x60 до 102x102x102 элементарных ячеек с количеством атомов от 432000 до 2809856 в зависимости от энергий имплантированного атома. Чтобы правильно воспроизвести атомные взаимодействия на малых расстояниях, потенциалы ЕАМ Мишина были дополнены на коротком расстоянии с помощью полиномиальной регрессии, путем соединения равновесной части EAM потенциала Мишина с универсальной функцией Зиглера, Бирсака и Литтмарка (ZBL) при соответствующем межатомном расстоянии. Энергия парного взаимодействия рассчитывалась в рамках теории функционала плотности. Для достижения статистически значимых результатов было выполнялось 10 компьютерных экспериментов для каждого случая. Каждое каскадное моделирование длилось приблизительно от 12 до 42 пс в зависимости от энергии атомов в каскаде. В результате число пар Френкеля оказывалось стабильным. Подробно обсуждается временная эволюция пар Френкеля, лавинный эффект в области перемещения имплантированного атома и возникновение стационарных дефектов. Результаты моделирования, включая число стабильных пар Френкеля, химический состав, образование дефектных кластеров, хорошо согласуются с литературными данными.

With the Monte Carlo method considers the influence of antiphase boundaries in direction on the structural and energy characteristics of β-brass during the phase transition of the order-disorder. It is shown that the alloy without disturbances of superstructure more stable than alloy with antiphase boundaries in direction. First disordered regions always appear near the boundary-type Zn-Zn. In the course of the phase transition of the order-disorder observed faceting and blurring boundaries.

By method of molecular dynamics studied the cooperative atomic displacements near the interface a bimetal solid-phase contact Ni-γFe. The differences in the behavior of the Ni and Fe atoms with their participation in the process of mass transfer across borders is established. Currently still a lot of unresolved issues related to the atomic structure of interfaces and mechanisms of their interaction with a variety of defects generated by, for example, by radiation exposure. In particular, special interest is the cooperative atomic displacements near the interphase boundaries and their contribution to the transport of energy and mass. It is shown that the introduction of interstitial atoms near the interface can cause a cooperative atomic displacements that lead to the climb of misfit dislocations. All cooperative atomic displacements proceeded on crowdions mechanism along the packed rows. The differences of behavior of atomic displacements on the number of interstitial atoms, and their type. The differences in the behavior of atoms, apparently, due to the high binding energy of the type Ni-γFe compared with connections type γFe-γFe, resulting in the Fe atoms are more mobile than the Ni atoms and penetrate through the interface is much more intense. Such activity of Fe atoms near the interface Ni-γFe border creates the preconditions for the consideration of such phenomena in the boundary as the basis for the creation of new materials with specific desired properties.