Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مهدی احمدیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Esmail Mokhtari Mobarakeh
اسماعیل مختاری مبارکه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
Nowaday nanocrystalline materials due to their unique mechanical and physical properties, have been considered by many researchers. These different properties are result of very low grain size of these materials ( 100 nm) which creates high fraction of grain boundary regions. Preservation of such characteristics depends on the grain size stability (at nanoscale) of this materials that is affected by processes such as relaxation, grain boundary migration and grain growth. However, the self diffusion is known as a affective factor that affecting the structural changes. Hence, understanding of self diffusion can be useful in stability materials. Due to many difficulties of experimental evaluation of this process, it is felt necessary, using simulation techniques. Therefore, in this study, molecular dynamics simulation was used to study of self diffusion in the nanocrystalline iron. Because of the difficulties of separating the different parts of nanocrystalline and structural changes during diffusion process, limited simulation efforts have been made by nanocrystalline that contai grains with actual size. Also, with regard to the different nature of diffusion process in different parts of grain boundary, such as triple junction lines and quad node points, Accurate consideration of this parts must be take into account. In this research, by presenting a method for separating different parts of nanocrystalline and considering influence of structural changes, diffusion coefficients of all parts of nanocrystalline for different grain size and different temperature were calculated. Additionally, by using diffusion coefficients at different temperatures, the activation energy and diffusion prefactor of different parts of nanocrystalline Fe ware calculated. It was observed that the diffusion coefficient in nanocrystalline grains was less than grain boundaries and whole of nanocrystalline. On the other hand, diffusion coefficients in grain boundary is less than triple junction lines at all temperatures and all grain sizes. By changing in grain size, diffusion coefficients in grain boundary parts, has no significant change but with increasing nanocrystalline grain size, diffusion coefficients decrease in grain and total nanocrystalline. The activation energy and diffusion prefactor depends on the parts, has different behavior. so that the activation energy of grain boundary part was approximately equal but diffusion prefactor in the triple junction lines has higher values. In the various parts of the nanocrystalline, activation energy and diffusion prefactor increase with increasing in grain size. It was observed that there is a direct relation between excess volume and activation energy. Due to high fraction of grain boundary regions in nanocrystalline Fe, activation energy of diffusion is lower than coarse grain Fe and diffusion in nanocrystalline is much faster than coarse grain. Keywords: Nanocrystalline Fe, grain boundary, triple junction regions, grain boundary regions, self diffusion, diffusion coefficient, activation energy, diffusion prefactor.
امروزه مواد نانوکریستال به علت خواص مکانیکی و فیزیکی منحصر به فرد خود، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. علت این خواص متفاوت، اندازه دانه ی بسیار کم این مواد (زیر 100 نانومتر) می باشد که خود باعث ایجاد کسر بالای نواحی مرزدانه ای می شود. حفظ چنین خصوصیاتی در گرو ثابت نگه داشتن اندازه دانه(در مقیاس نانو) این مواد است که به علت وجود فرآیندهایی مثل تنش زدایی، مهاجرت مرزدانه و رشد دانه تحت تاثیر قرار می گیرد. از طرفی نفوذ در خود به عنوان عاملی اثرگذار در این تحولات ساختاری شناخته شده است. از اینرو درک صحیح از نفوذ در خود می تواند در حفظ خصوصیات این گونه مواد راهگشا باشد. بدلیل مشکلات فراوان بررسی آزمایشگاهی این فرآیند، لزوم بکارگیری روش های شبیه سازی احساس می شود. لذا در این پژوهش از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی جهت بررسی نفوذ در خود در نانوکریستال آهن استفاده شده است. بدلیل مشکلات فراوان جداسازی قسمت های مختلف نانوکریستال و نیز تحولات ساختاری حین بررسی فرآیند نفوذ، تلاش های محدودی در شبیه سازی نانوکریستال حاوی دانه هایی با اندازه ی واقعی صورت گرفته است. همچنین به دلیل تفاوت ماهیتی فرآیند نفوذ در قسمت های مختلف مرزدانه مانند نواحی برخورد سه گانه و چهارگانه، لزوم بررسی دقیق این نواحی در نانوکریستال با ابعاد واقعی احساس می شود. در این پژوهش با ارائه روشی برای جداسازی قسمت های مختلف نانوکریستال و نیز استفاده از تمهیداتی جهت حداقل کردن اثرات تغییرات ساختاری، ضریب نفوذ برای این قسمت ها در دماها و اندازه دانه های مختلف محاسبه گردید. همچنین با استفاده از ضرایب نفوذ در دماهای مختلف، انرژی فعالسازی و پیش فاکتور نفوذ برای قسمت های مختلف نانوکریستال آهن محاسبه گردید. بر این اساس مشخص شد ضریب نفوذ در دانه مقادیر کمتری را نسبت به کل نانوکریستال و مرزدانه دارد. همین طور ضریب نفوذ در مرزدانه مقادیر کمتری نسبت به ضریب نفوذ در خطوط برخورد سه گانه در دماها واندازه دانه های مختلف دارد. با تغییر اندازه دانه، ضریب نفوذ اجزای مرزدانه تغییر محسوسی ندارند اما مقادیر مربوط به دانه و کل نانوکریستال با افزایش اندازه دانه کاهش می یابند. انرژی فعالسازی و پیش فاکتور نفوذ وابسته به جزء مورد بررسی رفتار متفاوتی دارند. به طوری که قسمت های مختلف مرزدانه انرژی فعالسازی تقریبا مشابهی دارند اما پیش فاکتور نفوذی در نقاط برخورد سه گانه مقادیر بالاتری را داراست. در اجزای مختلف نانوکریستال، با افزایش اندازه دانه انرژی فعالسازی و پیش فاکتور نفوذی افزایش می یابند. جهت علت یابی تغییرات انرژی فعالسازی، توزیع حجم در قسمت های مختلف نانوکریستال مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید ارتباط مستقیمی بین حجم اضافی و انرژی فعالسازی نفوذ وجود دارد. در نهایت مشخص گردید به دلیل کسر بالای نواحی مرز دانه ای در نانوکریستال آهن، انرژی فعالسازی نفوذ در خود در این مواد، پایین تر از پلی کریستال درشت دانه ی است و این فرآیند در این گونه مواد با سرعت بسیار بالاتری اتفاق می افتد. کلمات کلیدی: نانوکریستال آهن،مرزدانه، ناحیه ی اتصال سه گانه، نواحی مرزدانه ای، نفوذ در خود، ضریب نفوذ، انرژی فعالسازی نفوذ، پیش فاکتور نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی