No abstract

Currently, an important fundamental problem of practical importance is the production of high-quality solid-phase compounds of various metals. This paper presents a theoretical model that allows one to study the diffusion process in nickel-base refractory alloys. As an example, a two-dimensional model of ternary alloy is considered to model diffusion bonding of the alloys with different compositions. The main idea is to divide the alloy components into three groups: (i) the base element Ni, (ii) the intermetallic forming elements Al and Ti and (iii) the alloying elements. This approach allows one to consider multi-component alloys as ternary alloys, which greatly simplifies the analysis. The calculations are carried out within the framework of the hard sphere model when describing interatomic interactions by pair potentials. The energy of any configuration of a given system is written in terms of order parameters and ordering energies. A vacancy diffusion model is described, which takes into account the gain/loss of potential energy due to a vacancy jump and temperature. Diffusion bonding of two dissimilar refractory alloys is modeled. The concentration profiles of the components and order parameters are analyzed at different times. The results obtained indicate that the ternary alloy model is efficient in modeling the diffusion bonding of dissimilar Ni-base refractory alloys.

В настоящее время важной фундаментальной проблемой, имеющей прикладное значение, является получение высококачественных твердофазных соединений различных металлов. Одной из проблем, возникающих при сварке разнородных металлов, является образование хрупких интерметаллидных фаз в зоне соединения, которые снижают механические свойства деталей. Одним из путей решения данной проблемы является использование прокладки из третьего металла с целью подавления образования вредных фаз. В данной работе представлена теоретическая модель, позволяющая изучать процесс диффузии в металлах и сплавах по вакансионному механизму. В качестве примера рассмотрена двумерная квадратная решетка, в узлах которой могут располагаться атомы трех различных металлов. Расчеты проводятся в модели твердых сфер, при описании межатомных взаимодействий парными потенциалами. Энергия любой конфигурации данной системы записана через параметры порядка и энергии упорядочения. Влияние температуры учитывается посредством введения зависимости вероятности перескока вакансии не только от выигрыша энергии, но и от температуры. Время определяется количеством прыжков вакансии в расчетной ячейке. Предложенная модель используется для описания процесса сварки двух металлов, образующих хрупкие интерметаллидные фазы, через прокладку из третьего металла, который не образует интерметаллидов ни с одним их свариваемых металлов. Проанализированы профили концентраций компонент и параметры порядка в различные моменты времени. Полученные результаты говорят о том, что использование прокладки из третьего металла может эффективно использоваться для повышения механических свойств соединений двух разнородных металлов, получаемых путем диффузионной сварки.