First-principles study of the influence of the chlorine, oxide, and sulfur impurities on the grain boundary strength in aluminium and copper

Computational Condensed Matter. 2026. Vol. 47. Article e01295.

Корзникова Е. А., Mukhametov A., Samikov I., Kistanov A. A.

Сплавы на основе алюминия (Al) и меди (Cu) могут подвергаться коррозии в агрессивных средах. Это происходит вследствие того, что коррозионно-активные ионы проникают в межзеренные области и взаимодействуют с атомами основной матрицы на границах зерен (ГЗ). Поэтому понимание механизмов, действующих на атомном уровне на границах зерен, имеет решающее значение для повышения коррозионной стойкости Al и Cu в условиях проникновения таких ионов, как Cl, O и S. В данной работе с помощью методов моделирования из первых принципов оценивалось влияние коррозионно-активных ионов на прочность когерентной двойниковой границы Σ3(111), некогерентной двойниковой границы Σ3(112) и высокоугловой границы Σ5(0 2 1) в Al и Cu. Установлено, что все рассмотренные ионы действуют как вредные примеси: они сегрегируют на границах зерен Al и Cu, вызывая охрупчивание. При этом охрупчивание границ зерен под действием коррозионно-активных ионов обусловлено как механическими напряжениями (вызванными смещением атомов), так и химическими эффектами (связанными с изменением характера межатомных связей). Ионы хлора оказывают более сильное влияние на охрупчивание Al и Cu, чем ионы кислорода. Данное исследование раскрывает механизм влияния коррозионно-активных ионов на прочность границ зерен в Al и Cu, а также предоставляет ценную информацию для разработки эффективных стратегий защиты этих металлов от коррозии.

Ключевые слова: деградация, degradation, DFT, Metals, DFT, Harsh environment, Interstitial defect, Межкристаллитный дефект, Агрессивная среда, Металлы

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