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原子重排2:

已有 397 次阅读 2021-4-29 11:18 |系统分类:论文交流

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期刊:script

年份:2004.

摘要:用原子准连续体方法研究了铜中Sigma9(221)对称倾斜晶界在拉伸和剪切下的本构响应。发现最大强度随着界面处触发的变形模式而变化。原子重排过程导致剪切下固有边界强度的显著降低

1.introduction 

    晶界滑动可被视为纳米晶材料在室温下最基本的变形模式之一[1–3]。当晶粒尺寸接近10–15纳米时,变形过程不再由颗粒内位错活动主导,而是由位于高角度晶界的原子重排控制[3,4],即原子直接从一个晶粒转移到另一个晶粒而不产生点缺陷的过程。Van Swygenhoven和Derlet [4]利用分子动力学(MD)模拟研究了nc-FCC金属中GB重排的机理。这些作者已经表明,施加在nc-GB上的均匀剪切应力导致局部不均匀应力场,使得一定数量的GB原子达到通过其鞍点构型(saddle-point configuration)并迁移到新位置所需的条件。因此,单个原子事件的组合使得一个晶粒相对于另一个晶粒的均匀滑动成为可能。我们的目的是提供纳米晶GBs的组成行为的进一步见解,以便解释微观改组过程中产生的相关信息。

    影响GB shuffling过程的一个因素是晶格容易适应变形的能力,例如,在研究单晶中的滑移过程时,不同的作者[5,6]已经预测,未松弛(unrelaxed)的晶体评估会导致系统地高估滑移的错配能。相反,在以前关于双晶抗滑移和抗脱粘的原子论研究中,晶格被认为要么是刚性的[7–10],要么具有完全的变形自由度[11],但晶格自由度与GB重排事件之间的相关性仍有待解决。这项任务变得复杂,因为双晶体中的变形过程同时考虑了界面行为(原子重排、滑动、GB位错)和晶粒整体行为(晶格位错)。

    在本文中,使用分子静力学方法来计算0温度时铜中对称倾侧STGB的平衡结构,以及与该双晶的分离和剪切相关的应力位移关系。第2节提供了计算程序。第三节,在单晶和双晶模拟的基础上,给出了晶格自由度、原子重排和本构行为之间的定量关联。

2.计算方法

    准连续介质法。图1a给出了连续介质方法QC对单一晶体的网格划分。QC方法通过原子(非局部)域和有限元(局部)域上的分子静态能量最小化来进行。在这两个区域的本构方程选择了EAM势,并有着平衡时3.615A的晶格常熟和4.950埃的阶段距离。当前的方法是准平面的,考虑了在面外方向上的一个重复的重合点晶格(CSL),即垂直于GB法向和剪切方向的方向。两组独立的模拟被用于计算在0 K平衡时的GB结构以及该结构在拉伸和剪切下的应力-位移关系。获得GB平衡的第一组使用零力晶格静力学技术[16]。这些晶体最初是基于CSL模型构建的,并使用布拉瓦晶格单元进行定义。不同的初始构型是通过一个晶粒相对于另一个晶粒移动而产生的,前提是其中一个构型导致原子弛豫后的最低能态。位移向量由位移位移完备格定义。能量最小化过程通过共轭梯度法进行。为了避免晶体旋转,除了节点的底线之外,所有原子都不受约束。GB能量是用双晶能量减去单晶能量,除以GB面积计算出来的。为了限制能量计算中的表面效应,只考虑了80%的双晶,因此排除了自由表面附近的原子。

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    在第二组中,如上所述,在0 K平衡结构上进行拉伸和剪切模拟。在每个装载步骤之间强制能量最小化。以前的分子动力学结果[18]表明,自由边界条件或周期边界条件对铜单晶的计算强度起着重要作用。








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