THEORETICAL STUDY OF SUPERFICIAL SEGREGATION

IN INFINITELY DILUTE BINARY ALLOYS MADE

OF Nickel, Copper, Silver and Gold

 

ÉTUDE THÉORIQUE DE LA SÉGRÉGATION SUPERFICIELLE

DANS DES ALLIAGES BINAIRES DILUÉS À BASE DE Ni, Cu, Ag, Au

 

B. Lezzar1*, O. Hardouin Duparc2, O. Khalfallah1, A. Larere3, V. Paidar4

1 Laboratoire Microstructures et Défauts Dans les matériaux, Université  Mentouri, Route de Ain el Bey Constantine, Algérie

2 Laboratoire des Solides Irradiés, CNRS- CEA- École Polytechnique, 91200  Palaiseau, France

3 Laboratoire d’Etude des Matériaux Hors d’Equilibre, Université de Paris XI, 91405 Orsay Cedex, France

4 Institut de Physique, Académie des Sciences, Na Slovance 2, Prague, République Tchèque

* Corresponding author. E-mail: : blezzar1@yahoo.fr/khalfallah@wissal.d

Received: 19 October 2006; revised version accepted: 25 February 2008

 

Abstract

     The behavior of the surface segregation in infinitely diluted bimetallic alloys is addressed by calculating the segregation energy, local pressure and relative changes in the volume of atomic sites. The atomic interactions are described by a Finnis-Sinclair semi-empirical N-body potential derived from the second moment approximation of the tight binding theory. The segregation energies by plane parallel to the surface are calculated  by numerical simulation soaked in molecular dynamics. It models the surface segregation at the atomic scale in order to identify the physical phenomena that govern and so-called traditional driving forces. These different driving forces at the surface have been identified in the metals as a size effect, an effect of excess cohesion and an alloy effect. Surface segregation is studied in the limit of infinitely dilute solution for Ni(Ag), Cu(Ag), Ni(Cu), Au(Ag), as well as their opposite, Ag(Ni), Ag(Cu), Cu(Ni), Ag(Au). The study's main objective is the verification of the model of the driving forces involving the contributions of the size effect, the effect of excess cohesion and the alloy effect. The (110) surface is the surface which has the highest segregation in all systems among the three simple surfaces. Surface segregation is mainly localized on the surface. It is favoured for direct systems and is no longer for Inverse Systems. The results for the surface show that the energy of segregation is well reproduced by the sum the three effects: size, excess cohesion and alloy.

 

Keywords: Surface; Segregation; Metal alloys; Simulation; Molecular dynamics.

 

Résumé

     Le comportement vis-à-vis de la ségrégation superficielle d’alliages bimétalliques infiniment dilués est abordé par le calcul des énergies de ségrégation, des pressions locales et des variations relatives de volume des sites atomiques. Les interactions atomiques sont décrites par un potentiel semi-empirique à N-corps dérivé de l’approximation au second moment de la théorie des liaisons fortes de type Finnis-Sinclair. Les énergies de ségrégation par plan parallèle au plan de surface sont calculées par simulation numérique en dynamique moléculaire trempée. On modélise la ségrégation superficielle à l’échelle atomique dans le but d’identifier les phénomènes physiques qui la gouvernent et que l’on appelle traditionnellement forces motrices. Ces différentes forces motrices en surface ont été identifiées dans les métaux comme étant un effet de taille, un effet d’excès de cohésion et un effet d’alliage. La ségrégation superficielle est  étudiée dans la limite de la solution infiniment diluée pour Ni(Ag), Cu(Ag), Ni(Cu), Au(Ag), ainsi que leurs inverse, Ag(Ni), Ag(Cu), Cu(Ni), Ag(Au). Cette étude a pour objectif principal la vérification du modèle relatif aux forces motrices qui fait intervenir les contributions de l’effet de taille, de l’effet d’excès de cohésion et de l’effet d’alliage. La surface {110} est la surface qui présente la plus forte ségrégation dans tous les systèmes parmi les trois surfaces d’indices simples. La ségrégation superficielle est principalement localisée sur le plan de surface. Elle est favorisée pour les systèmes directs et ne l’est plus pour les systèmes inverses. Les résultats pour le plan de surface nous montrent que l’énergie de ségrégation est bien reproduite par la somme des trois effets de taille, d’excès de cohésion et d’alliage.

 

Mots clés : Surface ; Ségrégation ; Alliages Métalliques ; Simulation ; Dynamique moléculaire. 

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