An atomistic study of tilt grain boundaries with substitutional impurities

Nous avons effectué une étude atomique de joints de flexion symétriques [001]dans des métaux c.f.c. présentant une répartition hors d'équilibre d'impuretés substitutionnelles dans les joints. Nous avons utilisé les interactions atomiques décrites dans l'article précédent. Elles sont constituées par des potentiels de paires et des termes dépendant de la densité, calculis empliquement. On relaxe la contribution à l'énergie totale qui dépend de la densité ainsi que la contribution des forces centrales, ce qui provoque un changement du volume total du bloc. Nous avons étudié les solutés bismuth et argent dans le cuivre, et argent dans l'or. Nous avons tout d'abord étudié les relaxations associées à un arrangement périodique d'atomes de solutés largement espacés dans des cristaux qui seraient, sn l'absence de cet arrangement, des cristaux parfaits. Nous avons étudié les joints ∑ = 5 (210). 36.87° et ∑ = 17 (530). 28.07°. Dans les deux matrices, la structure du joint (530) consiste en deux unités du joint (210) et un octaèdre par rapport à l'orientation cristalline idéale. Nous avons ensuite introduit successivement des atomes d'impuretés sur deux sites des joints (210) et cinq sites des joints (530). Les atomes d'impuretés étaient introduits périodiquement avec une grande maille, si bien que nous n'avons considéré que de faibles concentrations. Nous avons déterminé dans chaque cas l'énergie de ségrégation sur les sites choisis Es la relaxation associée de la structure du joint de la matrice et la variation de l'énergie du joint de grains Δγb,Es est très sensible à l'arrangement atomique local de l'atome de soluté dans le joint et il n'y a pas de différence notable dans la tendance à la ségrégation vus les deux joints étudiés. Les atomes de bismuth provoquent une distorsion et une dilatation des joints du cuivre plus grandes que celles provoquées par l'argent. Dans le premier cas, Es est essentiellement déterminée par l'effet de taille, alors que cet effet ne peut expliquer que partiellement les variations de Es, dans le cas d'atomes d'argent dans divers sites des joints du cuivre. La ségrégation est favorable énergétiquement pour les atomes d'argent sur tous les sites intergranulaires considérés dans l'or. Nous montrons qu'alors qu'il devrait y avoir une variation de Es, en fonction des paramètres physiques et chimiques du solvant, du soluté et de l'alliage correspondant, la valeur de Es, est déterminée essentiellement dans tous les cas par l'effet très marqué de l'environhement atomique local. Ceci conduit à une forte sélectivité des sites de ségrégation. Nous discutons des implications possibles des résultats de l'étude atomique pour la compréhension de la tendance à la ségrégation, et des effets des impuretés sur le facettage et la fragilisation.