First-Principles Study of the Effect of the Corrosive Environmental Components on the Grain Boundary Strength in Nickel

Physical Chemistry Chemical Physics. 2025. Vol. 27. No. 43. P. 23277–23287.

Mukhametov A., Samikov I., Elena A. Korznikova, Kistanov A.

Разрушение никелевых (Ni) сплавов происходит в основном по границам зёрен (ГЗ), подвергшихся воздействию коррозионной среды. В данной работе исследуется механизм такого воздействия на атомном уровне. На основе расчётов в рамках теории функционала плотности оценены энергия и прочность границ зёрен в никеле для следующих типов ГЗ: когерентной двойниковой границы S3(111), некогерентной двойниковой границы S3(1̅1̅2) и высокодислокационной границы S5(0̅21). Рассмотрено изменение прочности ГЗ в Ni при варьировании концентрации коррозионно-активных элементов — кислорода (O), хлора (Cl) и серы (S). Наибольшая прочность ГЗ выявлена в среде, обогащённой кислородом, тогда как наименьшая — в среде, богатой хлором. В случае внедрённых примесей O и Cl вклад в изменение прочности или хрупкости ГЗ обусловлен как механическим фактором — связанным с искажением атомной структуры вокруг примеси, так и химическим фактором — обусловленным образованием или разрывом химических связей в окружении примесного атома. Результаты работы не только углубляют фундаментальное понимание влияния примесей на прочность границ зёрен в Ni и никелевых сплавах, но также предоставляют ценные сведения для их производства и технологического применения.

Ключевые слова: никелевые сплавы, Nickel-based alloys, Corrosive environment, коррозионная среда

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА: Аналитическое и компьютерное моделирование волнового распространения энергии на различных масштабных уровнях (2025)