Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Моделирование структурных изменений поверхностного слоя ОЦК-металла при кратковременном высокоэнергетическом внешнем воздействии методом молекулярной динамики

А. В. Маркидонов, М. Д. Старостенков, А. Н. Гостевская, Д. А. Лубяной, П. В. Захаров

Аннотация


Представлены результаты молекулярно-динамического моделирования структурных изменений поверхностного слоя расчетной ячейки ОЦК-кристалла при кратковременном высокоэнергетическом воздействии. Построенная 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 различия при моделировании лазерного излучения разной плотности энергии. Выявлены условия, при которых поры остаются стабильными на протяжении всего времени моделирования а также связь между кристаллографической ориентацией межфазной границы "твердое тело - жидкость" и размерами образующихся пор.

Ключевые слова


кристалл; модель; температура; плавление; пора; поверхность; межфазная граница

Полный текст:

PDF

Литература


Завьялова М. А. Поверхностная модификация кварцевого стекла импульсами пикосекундного лазера // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40, № 6. С. 863 - 870.

Мажукин В. И., Демин М. М., Шапранов А. В. Эффекты неравновесности при воздействии импульсного лазерного излучения на металлы // Оптический журнал. 2011. Т. 78, № 8. С. 29 - 37.

Явтушенко Т. О., Кадочников А. С., Новиков С. Г. и др. Экспериментальное исследование процесса структурирования поверхности металла фемтосекундными лазерными импульсами высокой мощности // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15, № 4(5). С. 1033 - 1037.

Kuo J.-K., Huang P.-H., Chien S.-K. et al. Molecular dynamics simulations of crater formation induced by laser ablation on the surface of α-Fe substrate // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 167, No. 03011.

Gong X.-F., Yang G.-X., Li P. et al. Molecular dynamics simulation of pulsed laser ablation // International Journal of Modern Physics B. 2011. V. 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. V. 59. P. 100 - 104.

Mendelev M. I., Han S., Srolovitz D. J. et al. Development of new interatomic potentials appropriate for crystalline and liquid iron // Philosophical Magazine. 2003. V. 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. V. 18. P. 015012.

Рыкалкин Н. Н., Углов А. А., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справочник. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

Stukowski A.Computational analysis methods in atomistic modeling of crystals // The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2014. V. 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, Вып. 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. V. 119, No. 7. P. 3920 - 3925.

Sun D. Y., Asta M., Hoyt J. J. et al. Crystal-melt interfacial free energies in metals: fcc versus bcc // Physical Review B. 2004. V. 69, Is. 2. 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. V. 74. P. 92 - 100.

Ackland G. J., Jones A. P. Applications of local crystal structure measures in experiment and simulation // Physical Review B. 2006. V. 73, No. 5. P. 054104.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2022.5.16-21


© Издательский дом «Фолиум», 1998–2022