Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Masoud Panepour
مهدی احمدیان (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehrnoosh Baratpour
مهرنوش برات پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation of the Effect of Impurity Element on Grain Growth Mechanism in Nanocrystalline Metals Structure by Molecular Dynamic Simulation
Nanocrystalline materials are polycrystalline by less than 100 nanometer grain size that in comparison between nanocrystalline and polycrystalline materials, nanocrystalline have high atomic fraction in grain boundaries that these area cause to grain growth. So due to maintenance the nanocrystalline's special properties, should avoid of grain growth. In this research, the aim was study about grain growth of pure Aluminiom and Aluminiom-1% at Magnesium nanocrystalline, that is studied on bicrystalline and triple junction and quad nods by using Molecular Dynamics simulation, utilization Lammps cod. These structure were made by Python and the structure by 1% at Mg, Mg was substituded by Al elements that were place in high energy area. In bicrystalline was searched about the influence of grain boundary curvature, temperature and grain boundary's angle on the Al bicrystal's grain growth. In order to potential energy diagrams and graphical picture of grain growth and the diagram of mean squared displacement versus time, it was shown that the necessary condition for grain growth is the grain boundary's curvature and the grain growth continue until this curvature existence. This curvature was made tension and compression areas that were caused gradiant in potential energy and also was proofed by Gibs-Thamson equation. This gradiant are the driving force for short range diffusion. Also for the influence of temperature on grain growth, was studied on 500, 650 and 750 K, it is shown that the rate of grain growth, that is diffusin coefficient, increase by increasing the temperature. About the influence of grain boundary's angle by increasing the angle from 18.8° to 28.3° the potential energy increased. Due to avoid the grain growth, 1% atomic Mg were entered to grain boundary accidently. The result were shown that Mg move to compression area of grain boundary and causes the potential energy's gradient, (i.e. diffusion's driving force), tend to zero and stop the grain growth. In triple and quad junction, the grain growth continue until the curvature of grain boundaries existence. Also, by entering the 1% atomic Mg in Tj and Qn's area the grain growth stop. Finally, in this study was shown that the Gibs-Thamson equation is approved in atomic scale and we can use the Molecular Dynamics simulastion for recognizing the grain growth in atomic scale. Keywords: Nanocrystalline, Grain Growth Mechanisms, Molecular Dynamics Simulation, Entering the Solution Element, Triple junction, Quad nods.
مواد نانوکریستال پلی کریستال هایی با اندازه دانه کمتر از 100 نانومتر هستند که در مقایسه با پلی hy;کریستال ها، کسر اتمی بالایی در مرزدانه دارند که این مناطق منجر به رشد دانه می گردد. برای حفظ خواص ویژه مواد نانو کریستال، باید از رشد دانه ها جلوگیری کرد. لذا در این پژوهش، هدف بررسی رشد دانه در نانوکریستال آلومینیوم خالص و نانوکریستال آلومینیوم- 1% اتمی منیزیم است، به نحوی که این مطالعه بر ساختارهای بای کریستال آلومینیوم و ساختارهای حاوی اتصال سه گانه و چهارگانه دانه انجام شد. نحوه ایجاد این ساختارها با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی و بهره گیری از کد لمپس بود. ساختارهای بای کریستال، اتصال سه گانه و چهارگانه دانه با استفاده از زبان برنامه نویسی پایتون ایجاد شد. در ساختارهای نانوکریستال آلومینیوم-1% اتمی منیزیم نیز اتم های منیزیم با اتم های آلومیینوم درون نواحی پر انرژی جایگزین شد. در ساختار های بای کریستال، تاثیر انحنای مرزدانه، دما و انحراف دانه ها از یکدیگر بر رشد دانه بای کریستال آلومینیوم بررسی شد. بر اساس توابع توزیع انرژی و تصاویر گرافیکی روند رشد دانه و نمودار میانگین مربعات جابجایی بر حسب زمان، نتایج حاصل نشان می دهد که شرط لازم جهت رشد دانه وجود انحنای مرزدانه است و رشد تا زمانی که انحنا وجود داشته باشد ادامه می یابد. این انحنا سبب ایجاد مناطقی تحت کشش و فشار می گردد که با معادله گیبس-تامسون نیز تطابق دارد. همین عامل باعث ایجاد اختلاف پتانسیل در دانه ها می شود. اختلاف پتانسیل ایجاد شده همان نیروی محرکه نفوذ دامنه کوتاه در مرزدانه ها است. همچنین در مورد تاثیر دما، رشد در دماهای 500، 650 و 750 درجه کلوین مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش دما، ضریب نفوذ دامنه کوتاه اتم ها در مرزدانه که بیانگر نرخ رشد دانه است، افزایش می یابد. در مورد تاثیر انحراف دانه ها از یکدیگر نیز با افزایش این انحراف از 8/18 درجه به 3/28 درجه، انرژی پتانسیل مرزدانه بسیار افزایش می یابد. در ساختارهای بای کریستال آلومینیوم 1% اتمی منیزیم نیز نشان داده شد که منیزیم با حرکت به سمت نواحی تحت فشار مرزدانه، باعث از بین رفتن اختلاف انرژی پتانسیل بین دانه ها،که خود نیروی محرکه نفوذ است، می شود و از رشد دانه جلوگیری می کند. در ساختار نانوکریستال حاوی اتصال سه گانه و چهارگانه دانه نیز رشد دانه تا زمانی که انحنای مرزدانه ها وجود داشته باشد، ادامه دارد و پس از آن رشد دانه ادامه نخواهد داشت. همچنین با ورود 1% اتمی عنصر منیزیم به اتصال سه گانه و چهارگانه دانه نیز از رشد دانه جلوگیری می شود. در مجموع در این تحقیق نشان داده شد که معادله گیبس-تامسون در مقیاس اتمی نیز مورد تائید می باشد و می توان از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی در تشخیص مکانیزم رشد دانه در مقیاس اتمی بهره جست. کلمات کلیدی: نانوکریستال، مکانیزم رشد، شبیه سازی دینامیک مولکولی، ورود عنصر حل شونده، اتصال سه گانه، اتصال چهارگان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی