Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مهدي احمديان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Esmail Mokhtari Mobarakeh
اسماعيل مختاري 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.
چکيده امروزه مواد نانوکريستال به علت خواص مکانيکي و فيزيکي منحصر به فرد خود، مورد توجه بسياري از محققين قرار گرفته اند. علت اين خواص متفاوت، اندازه دانه ي بسيار کم اين مواد (زير 100 نانومتر) مي باشد که خود باعث ايجاد کسر بالاي نواحي مرزدانه اي مي شود. حفظ چنين خصوصياتي در گرو ثابت نگه داشتن اندازه دانه(در مقياس نانو) اين مواد است که به علت وجود فرآيندهايي مثل تنش زدايي، مهاجرت مرزدانه و رشد دانه تحت تاثير قرار مي گيرد. از طرفي نفوذ در خود به عنوان عاملي اثرگذار در اين تحولات ساختاري شناخته شده است. از اينرو درک صحيح از نفوذ در خود مي تواند در حفظ خصوصيات اين گونه مواد راهگشا باشد. بدليل مشکلات فراوان بررسي آزمايشگاهي اين فرآيند، لزوم بکارگيري روش هاي شبيه سازي احساس مي شود. لذا در اين پژوهش از روش شبيه سازي ديناميک مولکولي جهت بررسي نفوذ در خود در نانوکريستال آهن استفاده شده است. بدليل مشکلات فراوان جداسازي قسمت هاي مختلف نانوکريستال و نيز تحولات ساختاري حين بررسي فرآيند نفوذ، تلاش هاي محدودي در شبيه سازي نانوکريستال حاوي دانه هايي با اندازه ي واقعي صورت گرفته است. همچنين به دليل تفاوت ماهيتي فرآيند نفوذ در قسمت هاي مختلف مرزدانه مانند نواحي برخورد سه گانه و چهارگانه، لزوم بررسي دقيق اين نواحي در نانوکريستال با ابعاد واقعي احساس مي شود. در اين پژوهش با ارائه روشي براي جداسازي قسمت هاي مختلف نانوکريستال و نيز استفاده از تمهيداتي جهت حداقل کردن اثرات تغييرات ساختاري، ضريب نفوذ براي اين قسمت ها در دماها و اندازه دانه هاي مختلف محاسبه گرديد. همچنين با استفاده از ضرايب نفوذ در دماهاي مختلف، انرژي فعالسازي و پيش فاکتور نفوذ براي قسمت هاي مختلف نانوکريستال آهن محاسبه گرديد. بر اين اساس مشخص شد ضريب نفوذ در دانه مقادير کمتري را نسبت به کل نانوکريستال و مرزدانه دارد. همين طور ضريب نفوذ در مرزدانه مقادير کمتري نسبت به ضريب نفوذ در خطوط برخورد سه گانه در دماها واندازه دانه هاي مختلف دارد. با تغيير اندازه دانه، ضريب نفوذ اجزاي مرزدانه تغيير محسوسي ندارند اما مقادير مربوط به دانه و کل نانوکريستال با افزايش اندازه دانه کاهش مي يابند. انرژي فعالسازي و پيش فاکتور نفوذ وابسته به جزء مورد بررسي رفتار متفاوتي دارند. به طوري که قسمت هاي مختلف مرزدانه انرژي فعالسازي تقريبا مشابهي دارند اما پيش فاکتور نفوذي در نقاط برخورد سه گانه مقادير بالاتري را داراست. در اجزاي مختلف نانوکريستال، با افزايش اندازه دانه انرژي فعالسازي و پيش فاکتور نفوذي افزايش مي يابند. جهت علت يابي تغييرات انرژي فعالسازي، توزيع حجم در قسمت هاي مختلف نانوکريستال مورد بررسي قرار گرفت و مشخص گرديد ارتباط مستقيمي بين حجم اضافي و انرژي فعالسازي نفوذ وجود دارد. در نهايت مشخص گرديد به دليل کسر بالاي نواحي مرز دانه اي در نانوکريستال آهن، انرژي فعالسازي نفوذ در خود در اين مواد، پايين تر از پلي کريستال درشت دانه ي است و اين فرآيند در اين گونه مواد با سرعت بسيار بالاتري اتفاق مي افتد. کلمات کليدي: نانوکريستال آهن،مرزدانه، ناحيه ي اتصال سه گانه، نواحي مرزدانه اي، نفوذ در خود، ضريب نفوذ، انرژي فعالسازي نفوذ، پيش فاکتور نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی