Методи чисельного моделювання процесів коалесценції при довільній частці нової фази у закритих та відкритих системах. Вплив випадкового просторового розміщення включень, флуктуацій дифузійних, термодинамічних параметрів на кінетику. Можливість відхилень.
Аннотация к работе
Розпад може бути корисним, складаючи, наприклад, основу технології формування старіючих сплавів, але може також приводити до погіршення властивостей матеріалів у процесі експлуатації, фактично визначаючи їх ресурс. При великій обємній частці нової фази стають важливими ефекти шуму та кореляції, стає принциповим урахування впливу нерівноважних вакансій. Такі задачі можна реалізувати шляхом розробки теоретичних та компютерних моделей процесів коалесценції у бінарних та потрійних системах, максимально наближаючи модельні умови до реальних, а саме, враховуючи шум концентрацій, ефекти кореляції, вплив нерівноважних вакансій та зовнішніх потоків. У звязку з цим у роботі ставилися наступні задачі: · розробити методи чисельного моделювання процесів коалесценції при довільній частці нової фази у закритих та відкритих системах. Показано, що шум концентрацій (пересичень) та фактора Гіббса-Томпсона впливає на кінетику коалесценції у бінарних системах з великою обємною часткою нової фази.Як виявилося, обємна частка нової фази впливає на розподіл концентрацій у системі, визначаючи, таким чином, значення пересичення для кожної окремої частинки, а отже, і швидкість її росту / розчинення. Для цього випадку було розроблено строгу математичну модель, що дозволила кількісно оцінити, які обємні частки є малими / великими та визначити для обох випадків рівень шуму концентрацій. Параметр л зручно виражати у термінах середньої напіввідстані між частинками L (розмір комірки Вігнера-Зейтца) та обємної частки f: Використання просторової шкали коалесценції з «елементарним обємом» 1/n значно меншим від обєму л-сфери справедливе, коли відстань екранування л значно більша від середньої відстані між сусідніми частинками. У момент, коли частинка зникає, вклад у відхилення стає рівним 0. У компютерній моделі коалесценції з шумом, для масиву частинок чисельно розвязувалася система диференціальних рівнянь (модифікація класичного рівняння росту): , з , де е[i] - рівень шуму для кожної частинки.У дисертації здійснено опис процесів коалесценції у бінарних та потрійних системах у випадку великих обємних часток, шляхом розробки теоретичних та компютерних моделей. Показано, що збільшення обємної частки нової фази робить непридатним наближення середнього поля, збільшуючи амплітуди флуктуацій складу (шуму) навколо кожної частинки і посилюючи кореляцію між ростом сусідніх частинок. Врахування шуму та ефектів кореляції у процесі коалесценції в бінарних системах (для відчутних значень рівня шуму) дає можливість отримати розподіли частинок за розмірами більш близькі до експерименту (зі стандартними відхиленнями s?0.3), ніж передбачувані теорією ЛСВ (s=0.215). На прикладі системи мідь-розплавлена лють показано, що врахування впливу шуму на процес індукованої потоками коалесценції дозволяє отримати розподіли частинок за розмірами з s=0.42, що добре співпадає з експериментальними значеннями.
План
Основний зміст роботи
Вывод
У дисертації здійснено опис процесів коалесценції у бінарних та потрійних системах у випадку великих обємних часток, шляхом розробки теоретичних та компютерних моделей.
Основні результати дисертаційного дослідження полягають у нижчевикладеному: 1. Показано, що збільшення обємної частки нової фази робить непридатним наближення середнього поля, збільшуючи амплітуди флуктуацій складу (шуму) навколо кожної частинки і посилюючи кореляцію між ростом сусідніх частинок. Врахування шуму та ефектів кореляції у процесі коалесценції в бінарних системах (для відчутних значень рівня шуму) дає можливість отримати розподіли частинок за розмірами більш близькі до експерименту (зі стандартними відхиленнями s?0.3), ніж передбачувані теорією ЛСВ (s=0.215). Встановлено, що час релаксації флуктуацій шуму лінійно залежить від загального часу коалесценції за законом ф@0.08tripening. Визначено, що вплив шуму є суттєвим і для відкритих систем, коли процес коалесценції частинок супроводжується їх ростом. На прикладі системи мідь-розплавлена лють показано, що врахування впливу шуму на процес індукованої потоками коалесценції дозволяє отримати розподіли частинок за розмірами з s=0.42, що добре співпадає з експериментальними значеннями.
2. Встановлено, що ефект утворення та релаксації нерівноважних вакансій у процесі коалесценції концентрованих сплавів зі значною різницею рухливостей компонентів, може бути відчутним, якщо відстань між частинками є того ж порядку, що і довжина вільного пробігу вакансій. Перерозподіл вакансій в околі частинок затримує швидкість коалесценції на «початковій» стадії та змінює закон росту середнього розміру на проміжній. Результатом цього є також уширення функції розподілу частинок за розмірами.
3. Показано, що ріст сферичного пресипітату нестехіометричної проміжної фази в пересиченому потрійному розчині в загальному випадку є непараболічним на початковій стадії, навіть при дифузійно контрольованій реакції, на відміну від бінарних сплавів. На цій же стадії концентрація пресипітата змінюється в часі, прямуючи до асимптотичного значення, яке визначається співвідношенням дифузійних параметрів.
Список литературы
1. Lutsenko G.V. Modeling of Kirkendall effect in ternary systems - search of unstable K-planes. // Вісник ЧНУ. - 2001-2002. - Вип. 37-38. - С. 83-87.
2. Гусак А.М., Луценко Г.В. Особливості пресипітації проміжної фази в потрійному сплаві. // Металофізика та новітні технології. - 2003. - Т. 25, №1. - С. 381-395.
3. Гусак А.М., Луценко Г.В., К.Н. Ту, Индуцированная потоками эволюция морфологии - новые подходы. // Вісник ЧНУ. - 2003. - Вип. 53. - C. 44-81.
4. G.V. Lutsenko, A.M. Gusak, K.N. Tu, Peculiarities of precipitation of intermediate phase in ternary alloys. // Defect and Diffusion Forum. - 2004. - V. 237-240. - P. 1234-1239.