Planar superstructure defects (PSDs) have a great influence on the mechanical and functional properties of ternary Heusler alloys, but a complete analysis of their structure and energy is lacking in the literature. In this work, for Heusler alloys of stoichiometric composition X2YZ, having the L21 superstructure, expressions are given for calculating the sublimation energy and the energy of an arbitrary PSD under the assumption of hard coordination spheres and pair interatomic interactions. It is shown that for a given crystallographic orientation there cannot be more than three PSDs with different energies. An expression is given for finding the planes of occurrence of all possible conservative antiphase boundaries (APBs). It is established that in Heusler alloys there are only conservative and nonconservative APBs and there are no defects such as boundaries of C-domains or inversion APBs. The results obtained are useful for the analysis of slip systems and the configuration of magnetic domain walls of the considered family of alloys.

Currently, an important fundamental problem of practical importance is the production of high-quality solid-phase compounds of various metals. This paper presents a theoretical model that allows one to study the diffusion process in nickel-base refractory alloys. As an example, a two-dimensional model of ternary alloy is considered to model diffusion bonding of the alloys with different compositions. The main idea is to divide the alloy components into three groups: (i) the base element Ni, (ii) the intermetallic forming elements Al and Ti and (iii) the alloying elements. This approach allows one to consider multi-component alloys as ternary alloys, which greatly simplifies the analysis. The calculations are carried out within the framework of the hard sphere model when describing interatomic interactions by pair potentials. The energy of any configuration of a given system is written in terms of order parameters and ordering energies. A vacancy diffusion model is described, which takes into account the gain/loss of potential energy due to a vacancy jump and temperature. Diffusion bonding of two dissimilar refractory alloys is modeled. The concentration profiles of the components and order parameters are analyzed at different times. The results obtained indicate that the ternary alloy model is efficient in modeling the diffusion bonding of dissimilar Ni-base refractory alloys.

Метод Монте-Карло широко применяется для изучения фазового перехода порядок-беспорядок в сплавах, для анализа структурных и энергетических характеристик сплавов в зависимости от концентрации компонент и температуры. Известно немало работ, посвященных бинарным системам. В то же время актуальным является изучение многокомпонентных систем, например, высоколегированных жаропрочных сплавов. При моделировании многокомпонентных сплавов возникает ряд проблем, например, определение и анализ параметров порядка, а также выбор параметров межатомных взаимодействий. Одним из путей решения данной проблемы является объединение атомов различных сортов в группы, используя некоторые физические принципы. В данной работе делается попытка применения такого подхода к анализу структуры жаропрочных никелевых сплавов ВКНА-25 и ЭП975. Основой сплава является интерметаллид Ni3Al, в котором атомы алюминия могут замещаться атомами титана, входящими в состав сплава. Кроме того, имеется большое количество легирующих элементов. Представляется естественным выделить основной элемент (Ni) в отдельную группу, объединить интерметаллид образующие элементы Al и Ti в другую группу, а все легирующие элементы в третью. Такое объединение позволяет свести количество рассматриваемых компонент к трем и разработать модель, позволяющую изучать процесс диффузии по вакансионному механизму методом Монте-Карло. В качестве примера рассмотрена двумерная квадратная решетка, в узлах которой могут располагаться атомы трех различных сортов, принадлежащих трем выделенным группам. Расчеты проводятся в модели твердых сфер, при описании межатомных взаимодействий потенциалами Морзе. Энергия любой конфигурации данной системы записана через параметры порядка и энергии упорядочения. Результаты моделирования равновесных структур сплавов сопоставлены с экспериментальными данными. Получено качественное соответствие распределения фаз материалов, что свидетельствует об адекватности предложенной модели.

Сплавы Гейслера занимают особое место среди тройных интерметаллидных соединений стехиометрического состава A2BC со структурой L21, хотя к ним также относят и некоторые четверные сплавы. Первыми сплавами Гейслера были CuMnSb, Cu2MnAl и Cu2MnSn. Они проявляли ферромагнитные свойства, несмотря на то, что они не содержали магнитных элементов (Fe, Co, Ni), что приковало к ним интерес исследователей. Кроме полных сплавов Гейслера A2BC изучают и половинные, имеющие стехиометрию ABC. В качестве элемента А можно взять один из металлов Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt и Au элементом В может быть Ti, V, Cr, Mn, Nb, Hf, Y, Zr, Ta а элементом С один из металлов Al, Si, Ga, Ge, Tl, Pb, Bi, As, In, Sn, Sb. Сплавы Гейслера различного химического состава имеют разнообразные свойства и области применения. Сплавы Гейслера интересны тем, что они претерпевают мартенситное превращение при охлаждении и обратный переход в аустенитную фазу при нагреве. Они демонстрируют механокалорический, эластокалорический, барокалорический, термоэлектрический и магнитокалорический эффекты, что делает их важными функциональными материалами. Физические и механические свойства сплавов Гейслера во многом определяются наличием в них планарных сверхструктурных дефектов, которые являются центрами закрепления магнитных доменных стенок и существенно влияют на магнитные свойства сплавов. В то же время, в литературе отсутствуют системные данные о классификации и структуре таких дефектов. В настоящей работе решается задача о перечислении возможных плоскостей залегания сдвиговых антифазных границ в сплавах стехиометрии A2BC и структуры L21.

В настоящее время важной фундаментальной проблемой, имеющей прикладное значение, является получение высококачественных твердофазных соединений различных металлов. Одной из проблем, возникающих при сварке разнородных металлов, является образование хрупких интерметаллидных фаз в зоне соединения, которые снижают механические свойства деталей. Одним из путей решения данной проблемы является использование прокладки из третьего металла с целью подавления образования вредных фаз. В данной работе представлена теоретическая модель, позволяющая изучать процесс диффузии в металлах и сплавах по вакансионному механизму. В качестве примера рассмотрена двумерная квадратная решетка, в узлах которой могут располагаться атомы трех различных металлов. Расчеты проводятся в модели твердых сфер, при описании межатомных взаимодействий парными потенциалами. Энергия любой конфигурации данной системы записана через параметры порядка и энергии упорядочения. Влияние температуры учитывается посредством введения зависимости вероятности перескока вакансии не только от выигрыша энергии, но и от температуры. Время определяется количеством прыжков вакансии в расчетной ячейке. Предложенная модель используется для описания процесса сварки двух металлов, образующих хрупкие интерметаллидные фазы, через прокладку из третьего металла, который не образует интерметаллидов ни с одним их свариваемых металлов. Проанализированы профили концентраций компонент и параметры порядка в различные моменты времени. Полученные результаты говорят о том, что использование прокладки из третьего металла может эффективно использоваться для повышения механических свойств соединений двух разнородных металлов, получаемых путем диффузионной сварки.

The methods of molecular dynamics applied to a representative volume of a substance make it possible to calculate atomic trajectories within the time intervals on the order of 1 ns, which ensures an investigation of such slow processes as diffusion. This problem can be solved using the Monte Carlo method successfully applied to investigation of such diffusion-controlled processes as order – disorder transitions in the alloys or diffusion welding of heterogeneous metals through a backing plate. The majority of studies have been made for binary alloys, while the alloys in practical use contain a larger number of components. A theoretical model is presented, which allows investigating diffusion processes in three-component alloys via the vacancy mechanism in a solid-sphere approximation. A relation is derived for calculating the potential energy of an alloy, which is specified for the case of a completely disordered alloy. The difference between these energies is expressed via the ordering energies and order parameter. The proposed model is applicable to crystal lattices of any dimensionality. An example of its use for a three-component alloy of the A2BC stoichiometry is given, whose atoms occupy the sites of a two-dimensional square lattice is given.

It is well known that mass transfer in crystalline materials in most cases is assisted by the motion of point defects. Interstitial atoms are highly mobile, because they have relatively small migration energy as compared to vacancies. Crowdion is a type of interstitial defect being an extra atom inserted in a closely packed atomic row and having even smaller migration energy than an interstitial atom occupying a pore. In this work, we study scenarios of collisions of supersonic N-crowdions in Cu by means of molecular dynamics simulation. It was found that 2-crowdions collide leading to the emergence of two new 2-crowdions, which is an example of the soliton-type interaction.