Каширіна Ярославна ОлександрівнаРоїк Олександр Сергійович2024-06-122024-06-122024Каширіна Я. О. Рентгенодифракційне дослідження та моделювання структури Al–TM–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu) розплавів : дис. … д-ра філософії : 102 Хімія / Каширіна Ярославна Олександрівна. – Київ, 2024. – 184 с.УДК 541.123.24; 539.266; 53.088; 538.214https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/1957Дисертація присвячена дослідженню структури бінарних та потрійних розплавів на основі алюмінію та олова з додаванням перехідних металів, як перспективних конструкційних трибологічних матеріалів. У роботі проведе- но аналіз впливу природи та вмісту компонентів на характер міжатомної взаємодії та формування локальної атомної структури у бінарних Al–Sn, Al–Co, Al–Cu, Co–Sn та потрійних металічних розплавах Al–TM–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu). Отримано інформацію про концентраційні інтервали мікронеоднорідної структури досліджених розплавів, що є важливим для розуміння явищ розшарування при формуванні матеріалів із гарними трибологічними властивостями. У першому розділі наведено огляд літератури, в якому висвітлено актуальний стан дослідження механічних властивостей подвійних та потрійних сплавів у твердому стані, наведено результати термодинамічних та структур- них досліджень подвійних та потрійних сплавів у рідкому та твердому стані. Також наведено потенціали молекулярної динаміки та математичний апарат, що дозволяє моделювати структуру розплавів при заданих зовнішніх умовах. У другому розділі розглянуто експериментальний метод високотемпературного рентгенодифракційного дослідження розплавів, а також моделювання структури розплавів методами класичної молекулярної та ab initio молекулярної динаміки, а також методом Оберненого Монте-Карло. У третьому розділі наведено результати експериментального рентгенодифракційного дослідження структури бінарних Al–Sn, Al–Cu та потрійних Al–TM–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu) розплавів. На основі концентраційної залежності структурних параметрів експериментальних кривих структурного фактора (СФ) та функції парного розподілу атомів (ФПРА) здійснено аналіз впливу вмісту компонентів на формування локальної атомної структури досліджених розплавів. Найбільш детально розглянуто утворення мікроугруповань зі структурою по типу рідкого олова, що проявляється у вигляді певних змін форми та положення максимумів на експериментальних кривих СФ та ФПРА. У четвертому розділі описано результати моделювання структури досліджених бінарних та потрійних розплавів різними методами класичної МД, ab initio МД та Оберненого Монте-Карло. Отримані структурні моделі розплавів використано для детального порівняльного аналізу парціальних характеристик локального атомного впорядкування. Встановлено концентраційні інтервали формування мікроугрупованнь рідкого олова на основі парціальних кривих СФ Sn-Sn. Показано, що локальна атомна структура потрійних сплавів Al–ТМ–Sn (ТМ = Fe, Co, Ni, Cu) визначається конкуренцією між атомами Al і Sn у формуванні локального атомного оточення перехідних металів. Наслідком даної конкуренції є витіснення атомів олова із найближчого оточення перехідних металів та формування кластерів зі структурою подібною до рідкого олова. Крім того, розглядаються вплив природи перехідного металу на формування локальної атомної структури потрійних розплавів на основі порівняльного аналізу кривих загального та парціального структурного фактора, а також відповідних функцій парного розподілу атомів.The dissertation is devoted to the study of the structure of binary and ternary melts based on aluminum and tin with the addition of transition metals, as promis- ing structural tribological materials. The dissertation analyzes the influence of the type and content of the components on the nature of interatomic interaction and the formation of a local atomic structure in binary Al–Sn, Al–Co, Al–Cu, Co–Sn and ternary Al–TM–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu) metal melts. It is obtained the con- centration intervals of the presence of micro-groups structure of the studied melts, which is important for understanding stratification phenomena in the formation of materials with good tribological properties. The first chapter presents a review of the literature, which highlights the current state of research on the mechanical properties of binary and ternary alloys in the solid state, and presents the results of thermodynamic and structural studies of binary and ternary alloys in the liquid and solid state. Molecular dynamics po- tentials and a mathematical apparatus that allows modeling the structure of melts under given external conditions were also given. The second section discusses the experimental method of high-temperature X- ray diffraction studies of melts, as well as modeling the structure of melts using classical and ab initio molecular dynamics methods, as well as the Reverse Monte Carlo method. The third section presents the results of an experimental X-ray diffraction study of the structure of binary Al–Sn, Al–Cu, and ternary Al–TM–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu) melts. Based on the concentration dependence of the structural parameters of the experimental curves of the structural factor (SF) and the pair distribution func- tion of atoms (PDF), the influence of the content of components on the formation of the local atomic structure of the studied melts was analyzed. The formation of micro-groups with a liquid tin-type structure, which manifests itself in the form of certain changes in the shape and position of Maxima on the experimental SF and PDF curves, was considered in the most detail. The fourth section describes the results of modeling the structure of the studied binary and ternary melts using various methods of classical MD, ab initio MD, and Reverse Monte Carlo. The obtained structural models of melts are used for a detailed comparative analysis of the partial characteristics of local atomic ordering. Concentration intervals for the formation of micro-groups of liquid tin based on the partial curves Sn-Sn were established. It is shown that the local atomic structure of ternary alloys Al–ТМ–Sn (TM = Fe, Co, Ni, Cu) is determined by competition between Al and Sn atoms in the formation of the local atomic environment of transition metals. The consequence of this competition is the displacement of tin atoms from the immediate environment of transition metals and the formation of clusters with a structure similar to liquid tin. Besides it, the influence of the nature of the transition metal on the formation of the local atomic structure of ternary melts based on a comparative analysis of the curves of the total and partial structural factors, as well as the corresponding pair distribution functions of atoms.uaСплави систем Al-SnAl-Fe-SnAl-Co-SnAl-Ni-SnAl- Cu-Snрідкі сплавирентгенівська дифракціялокальна атомна структураметод Оберненого Монте-Карлометод молекулярної динамікирозрахунок ab-initio МДмікронеоднорідна структура розплавівAl–Cu–Sn alloysliquid alloysX-ray diffractionlocal atomic structureReverse Monte-Carlo methodmolecular dynamicsab initio MD calculationmicroinhomogeneous structure of meltsДисертація