Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Masoud Panepour
مهدي احمديان (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.
چکيده مواد نانوکريستال پلي کريستال هايي با اندازه دانه کمتر از 100 نانومتر هستند که در مقايسه با پلي hy;کريستال ها، کسر اتمي بالايي در مرزدانه دارند که اين مناطق منجر به رشد دانه مي گردد. براي حفظ خواص ويژه مواد نانو کريستال، بايد از رشد دانه ها جلوگيري کرد. لذا در اين پژوهش، هدف بررسي رشد دانه در نانوکريستال آلومينيوم خالص و نانوکريستال آلومينيوم- 1% اتمي منيزيم است، به نحوي که اين مطالعه بر ساختارهاي باي کريستال آلومينيوم و ساختارهاي حاوي اتصال سه گانه و چهارگانه دانه انجام شد. نحوه ايجاد اين ساختارها با استفاده از شبيه سازي ديناميک مولکولي و بهره گيري از کد لمپس بود. ساختارهاي باي کريستال، اتصال سه گانه و چهارگانه دانه با استفاده از زبان برنامه نويسي پايتون ايجاد شد. در ساختارهاي نانوکريستال آلومينيوم-1% اتمي منيزيم نيز اتم هاي منيزيم با اتم هاي آلوميينوم درون نواحي پر انرژي جايگزين شد. در ساختار هاي باي کريستال، تاثير انحناي مرزدانه، دما و انحراف دانه ها از يکديگر بر رشد دانه باي کريستال آلومينيوم بررسي شد. بر اساس توابع توزيع انرژي و تصاوير گرافيکي روند رشد دانه و نمودار ميانگين مربعات جابجايي بر حسب زمان، نتايج حاصل نشان مي دهد که شرط لازم جهت رشد دانه وجود انحناي مرزدانه است و رشد تا زماني که انحنا وجود داشته باشد ادامه مي يابد. اين انحنا سبب ايجاد مناطقي تحت کشش و فشار مي گردد که با معادله گيبس-تامسون نيز تطابق دارد. همين عامل باعث ايجاد اختلاف پتانسيل در دانه ها مي شود. اختلاف پتانسيل ايجاد شده همان نيروي محرکه نفوذ دامنه کوتاه در مرزدانه ها است. همچنين در مورد تاثير دما، رشد در دماهاي 500، 650 و 750 درجه کلوين مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد که با افزايش دما، ضريب نفوذ دامنه کوتاه اتم ها در مرزدانه که بيانگر نرخ رشد دانه است، افزايش مي يابد. در مورد تاثير انحراف دانه ها از يکديگر نيز با افزايش اين انحراف از 8/18 درجه به 3/28 درجه، انرژي پتانسيل مرزدانه بسيار افزايش مي يابد. در ساختارهاي باي کريستال آلومينيوم 1% اتمي منيزيم نيز نشان داده شد که منيزيم با حرکت به سمت نواحي تحت فشار مرزدانه، باعث از بين رفتن اختلاف انرژي پتانسيل بين دانه ها،که خود نيروي محرکه نفوذ است، مي شود و از رشد دانه جلوگيري مي کند. در ساختار نانوکريستال حاوي اتصال سه گانه و چهارگانه دانه نيز رشد دانه تا زماني که انحناي مرزدانه ها وجود داشته باشد، ادامه دارد و پس از آن رشد دانه ادامه نخواهد داشت. همچنين با ورود 1% اتمي عنصر منيزيم به اتصال سه گانه و چهارگانه دانه نيز از رشد دانه جلوگيري مي شود. در مجموع در اين تحقيق نشان داده شد که معادله گيبس-تامسون در مقياس اتمي نيز مورد تائيد مي باشد و مي توان از روش شبيه سازي ديناميک مولکولي در تشخيص مکانيزم رشد دانه در مقياس اتمي بهره جست. کلمات کليدي: نانوکريستال، مکانيزم رشد، شبيه سازي ديناميک مولکولي، ورود عنصر حل شونده، اتصال سه گانه، اتصال چهارگان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی