Atomic Structure in the Vicinity of Nanovoids and Features of These Defects

Abstract

Many properties of metals are determined by the defects, such as point defects, their complexes and nanovoids, whereas properties of these defects are generally related to the changes in atomic structure in the vicinity of these defects. In this work, recently developed approach is applied to simulate vacancy complexes and nanovoids. A developed model on the basis of Molecular Statics is used to investigate the atomic structure peculiarities in the vicinity of vacancy complexes and nanovoids, and the atomic displacements in the elastic medium surrounding the computational cell are determined in a self-consistent manner. The second part of the work is concerned with the study of atomic structure changes under temperature increasing within the new model based on Molecular Dynamics. Within the scope of this model, coordinates of the atoms in the area nearby of vacancy complex or nanovoid surface are averaged, during a simulation. Obtained mean positions of atoms are used for calculation of averaged interatomic distances; that allows determining lattice-parameter temperature dependence and then temperature-determined changes of atomic structure in the defects’ vicinity. Simulation is performed for various f.c.c. and b.c.c. metals. For these metals, thermal expansion data are obtained, and the change of atomic structure in the defects’ vicinity is determined from temperature increase.

Багато властивостей металів визначаються дефектами, їхніми комплексами і нанопорами, тоді як властивості цих дефектів, взагалі кажучи, пов’язані зі змінами атомної структури поблизу цих дефектів. У даній роботі нещодавно запропонований підхід застосовується для симуляції вакансійних комплексів та нанопор. Нещодавно запропонована модель на основі методи молекулярної статики використовується для дослідження особливостей атомної структури в околі вакансійних комплексів і нанопор, а також уможливлює самоузгодженим чином знайти атомні зміщення у пружньому середовищі, яке оточує розрахункову комірку. Другу частину роботи присвячено вивченню змін атомної структури зі зростанням температури, шляхом застосування нової моделі, яка ґрунтується вже на молекулярній динаміці. В рамках даної моделі координати атомів поблизу вакансійних комплексів або поверхні нанопор усереднюються в процесі симуляції. Одержані середні положення атомів використовуються для розрахунку усереднених міжатомних відстаней, що уможливлює спочатку одержати температурну залежність параметра ґратниці, а потім обумовлені температурою зміни атомної структури в околі дефектів. Моделювання проводилося для різних ГЦК- та ОЦК-металів. Для цих металів одержано дані для теплового розширення, а також визначено зміну атомної структури в околі дефектів при зростанні температури.

Многие свойства металлов определяются дефектами, их комплексами и нанопорами, тогда как свойства этих дефектов, вообще говоря, связаны с изменениями атомной структуры вблизи этих дефектов. В данной работе недавно предложенный подход применяется для симуляции вакансионных комплексов и нанопор. Недавно предложенная модель на основе метода молекулярной статики используется для исследования особенностей атомной структуры в окрестности вакансионных комплексов и нанопор, а также позволяет самосогласованным образом найти атомные смещения в упругой среде, окружающей расчётную ячейку. Вторая часть работы посвящена изучению изменений атомной структуры с ростом температуры путём применения новой модели, основанной уже на молекулярной динамике. В рамках данной модели координаты атомов вблизи вакансионных комплексов или поверхности нанопор усредняются в процессе симуляции. Полученные средние положения атомов используются для расчёта усреднённых межатомных расстояний, что позволяет сначала получить температурную зависимость параметра решётки, а затем обусловленные температурой изменения атомной структуры в окрестности дефектов. Моделирование проводилось для различных ГЦК- и ОЦК-металлов. Для этих металлов получены данные для теплового расширения, а также определено измене