論文の概要: Elucidating Interfacial Dynamics of Ti-Al Systems Using Molecular
Dynamics Simulation and Markov State Modeling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.14568v1
- Date: Mon, 26 Jun 2023 10:27:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-27 14:06:32.562943
- Title: Elucidating Interfacial Dynamics of Ti-Al Systems Using Molecular
Dynamics Simulation and Markov State Modeling
- Title（参考訳）: 分子動力学シミュレーションとマルコフ状態モデリングによるTi-Al系の界面ダイナミクスの解明
- Authors: Tianjiao Li, Chenxi Tian, Atieh Moridi, Jingjie Yeo
- Abstract要約: Ti-Al系材料は、自動車、航空宇宙、防衛など多くの工学分野に多大な関心を集めている。
低密度、高強度、耐腐食性、耐酸化性などにより、これらの金属間合金と金属-金属複合材料は様々な用途を見出した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9221371172659616
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Due to their remarkable mechanical and chemical properties, Ti-Al based
materials are attracting considerable interest in numerous fields of
engineering, such as automotive, aerospace, and defense. With their low
density, high strength, and resistance to corrosion and oxidation, these
intermetallic alloys and compound metal-metallic composites have found diverse
applications. The present study delves into the interfacial dynamics of these
Ti-Al systems, particularly focusing on the behavior of Ti and Al atoms in the
presence of TiAl$_3$ grain boundaries under experimental heat treatment
conditions. Using a combination of Molecular Dynamics and Markov State Model
analyses, we scrutinize the kinetic processes involved in the formation of
TiAl$_3$. The Molecular Dynamics simulation indicates that at the early stage
of heat treatment, the predominating process is the diffusion of Al atoms
towards the Ti surface through the TiAl$_3$ grain boundaries. The Markov State
Modeling identifies three distinct dynamic states of Al atoms within the Ti/Al
mixture that forms during the process, each exhibiting a unique spatial
distribution. Using transition timescales as a qualitative measure of the
rapidness of the dynamics, it is observed that the Al dynamics is significantly
less rapid near the Ti surface compared to the Al surface. Put together, the
results offer a comprehensive understanding of the interfacial dynamics and
reveals a three-stage diffusion mechanism. The process initiates with the
premelting of Al, proceeds with the prevalent diffusion of Al atoms towards the
Ti surface, and eventually ceases as the Ti concentration within the mixture
progressively increases. The insights gained from this study could contribute
significantly to the control and optimization of manufacturing processes for
these high-performing Ti-Al based materials.
- Abstract（参考訳）: 特筆すべき機械的および化学的性質のため、Ti-Al系材料は自動車、航空宇宙、防衛など多くの工学分野に多大な関心を集めている。
低密度、高強度、耐食性、耐酸化性により、これらの金属間合金と複合金属-金属複合材料は様々な用途に応用されている。
本研究は,これらのTi-Al系の界面力学,特に実験熱処理条件下でのTiAl$_3$粒界の存在下でのTiおよびAl原子の挙動に着目したものである。
分子動力学とマルコフ状態モデル解析の組み合わせを用いて,TiAl$_3$の生成に関わる運動過程を精査する。
分子動力学シミュレーションは、熱処理の初期段階において、前駆プロセスはTiAl$_3$粒界を通ってTi表面へのAl原子の拡散であることを示している。
マルコフ状態モデリング(Markov State Modeling)は、Ti/Al混合物中のAl原子の3つの異なる動的状態を特定し、それぞれ独自の空間分布を示す。
遷移時間スケールを力学の速さの定性的尺度として用いると,Al表面よりもTi表面付近ではAlのダイナミクスが著しく速くなることが観察された。
その結果, 界面力学の包括的理解が得られ, 3段階拡散機構が明らかになった。
このプロセスはAlの予融によって開始され、Al原子がTi表面に向かって拡散し、最終的に混合物中のTi濃度が徐々に増加するにつれて停止する。
この研究から得られた知見は、これらの高性能Ti-Al基材料の製造プロセスの制御と最適化に大きく貢献する可能性がある。
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