ВЫЯВЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ОЦК КРИСТАЛЛЕ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2022-4(42)-11-18Ключевые слова:
кристалл, модель, температура, плавление, пора, поверхность, межфазная границаАннотация
В представленной работе излагаются результаты молекулярно-динамического моделирования изменения поверхностного слоя расчетной ячейки при кратковременном высокоэнергетическом воздействии. Интерес к данной теме обусловлен тем, что процессы, протекающие в пребывающем в жидком состоянии поверхностном слое в последующем окажут свое влияние при его кристаллизации, и, как следствие, скажутся на различных физических и геометрических характеристиках поверхности материала в целом. 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 при 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.
Библиографические ссылки
Markidonov A.V., Starostenkov M.D., Gostevskaya A.N., et al. Molecular dynamics study of structural changes in the BCC crystal surface layer under short-term high-energy external impact. In book: Materials in external fields. Second, revised and supplemented edition. Novokuznetsk: Siberian State Industrial University, 2022. P. 145–155.
Gostevskaya A.N.,Markidonov A.V.Modeling of structural changes in metals under highintensity external action. In book: Materials in external fields: proceedings of the 11th International online symposium, Novokuznetsk, 15–16 February 2022 г. Novokuznetsk: Siberian State Industrial University, 2022. P. 55 – 57.
Явтушенко Т.О.,КадочниковА.С.,Новиков С.Г., Беринцев А.В., Столяров Д.А. Экспериментальное исследование процесса структурирования поверхности металла фемтосекундными лазерными импульсами высокой мощности // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 4 (5). С. 1033–1037.
Kuo J.-K., Huang P.-H., Chien S.-K., Huang K.-Y., Chen K.-T. Molecular dynamics simulations of crater formation induced by laser ablation on the surface of α-Fe substrate // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 167. Article 03011.
Gong X.-F., Yang G.-X., Li P.,Wang Y., Ning X.-J. Molecular dynamics simulation of pulsed laser ablation // International Journal of Modern Physics B. 2011. Vol. 25. No. 4. P. 543–550.
Cheng C., Wu A.Q., Xu X. Molecular dynamics simulation of ultrafast laser ablation of fused silica // Journal of Physics: Conference Series. 2007. Vol. 59. P. 100–104.
Mendelev M.I., Han S., Srolovitz D.J., Ackland G.J., Sun D.Y., Asta M. Development of new interatomic potentials appropriate for crystalline and liquid iron // Philosophical Magazine. 2003. Vol. 83. No. 35. P. 3977–3994.
Stukowski A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the open visualization tool // Modelling and Simulation Materials Science and Engineering. 2010. Vol. 18. Article 015012.
Рыкалкин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справочник. Москва: Машиностроение, 1985. 496 с.
Stukowski A. Computational analysis methods in atomistic modeling of crystals // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2014. Vol. 66. No. 3. P. 399–407.
Орлов В.Л., Малышкина А.Г. Образование нанометровых упорядоченных структур радиационных пор // Известия вузов. Физика. 2003. Т. 46. № 2. С. 31–35.
Маркидонов А.В., Старостенков М.Д. О возможности гомогенного зарождения поры в зернограничной области под воздействием ударных послекаскадных волн // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Математическое моделирование физических процессов». 2016. № 3. С. 37–46.
Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Павловская Е.П. Влияние послекаскадных ударных волн на процессы укрупнения вакансионных пор // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2012. Т. 9. № 4-2. С. 694–701.
Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Захаров П.В. Рост малых вакансионных скоплений, инициированный послекаскадными ударными волнами // Письма о материалах. 2012. Т. 2. № 2. С. 111–114.
Morris J.R., Song X. The anisotropic free energy of the Lennard-Jones crystal-melt interface // Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 119. No. 7. P. 3920–3925.
Sun D.Y., Asta M., Hoyt J.J., Mendelev M.I., Srolovitz D.J. Crystal-melt interfacial free energies in metals: fcc versus bcc // Physical Review B. 2004. Vol. 69. No. 2. Article 020102.
Liu J., Davidchack R.L., Dong H.B. Molecular dynamics calculation of solid-liquid interfacial free energy and its anisotropy during iron solidification // Computational Materials Science. 2013. Vol. 74. P. 92–100.
Ackland G.J., Jones A.P. Applications of local crystal structure measures in experiment and simulation // Physical Review B. 2006. Vol. 73. No. 5. Article 054104.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2022 Анастасия Николаевна Гостевская, Артем Владимирович Маркидонов

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.