Dynamique mol

1
Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion
sous contrainte
DEA Modélisation et Simulation des Matériaux
Développement dun potentiel dinteraction pour
loxyde NiO de type EAM
Stage du DEA MSM par Mustafa DEMIREL Tuteur
Patrick Arnoux, ingénieur CEA
2
Cadre détude

• Laboratoire d'Étude de la Corrosion Aqueuse

Domaine de Recherche La Corrosion Sous
Contrainte
Phénomènes damorçage et cinétique de propagation
des fissures
3
LA CORROSION SOUS CONTRAINTE

• Alliages métalliques ductiles dans lair
• Mais certains fragiles dans leau à 300C
• Exemple Inconel 600 (REP)

4
Objet détude le fond de fissure
Imagerie MET (L.E. THOMAS ET S.M. BRUEMMER )
-2000-
5
Potentiel dinteraction et Dynamique moléculaire
Point de départ, le potentiel dinteraction
inter-atomique la force dinteraction dérive du
potentiel
Exemple de potentiel V(r)4e(s/r)12-(s/r)6
Equation fondamentale de la mécanique classique
Algorithme de Verlet et/ou prédicateur de Gear
Trajectoire Positions et Vitesses des atomes
6
Modélisation

• Potentiel EAM Métaux
• Buckingham Cristaux ioniques
• Difficulté Métaux ET Oxydes
• Approximation On remplace loxyde par un
• Métal avec même E0 et B

7
Modélisation

• Le potentiel EAM clef de voûte du succès des
  simulations

8
Grandeurs physiques et simulations Xmd

• Grandeurs délasticité
• C11,C12,C44, B (rigidité), et C (cisaillement)
• Paramètre de maille A0, énergie de cohésion E0,
  énergies de surface ?, énergies de défaut
  dempilement

Obtentions Réponses en énergies de
sollicitations mécaniques ou simulation DM (Xmd)
9

10
1ere phase / 2 Validation de lutilisation de
Xmd (simulations)

• Test du potentiel nickel
• Test du potentiel aluminium
• Test du potentiel Cuivre

Xianwei Sha
A. Johnson
11
Résultats (1/2)
Grandeurs Réf.Exp.N910 Simulations (Ce travail) Erreur ()
A0 (Angstrom) 4.050 4.050 0.0
E0 (eV) -3.36 -3.36 0.0
B (ergs/cm3) 0.790 0.794 0.5
C (Ergs/cm3) 0.260 0.260 0.0
C44_(Ergs/cm3) 0.316 0.316 0.0
C11_(Ergs/cm3) 1.140 1.140 0.0
C12_(Ergs/cm3) 0.619 0.621 0.3
g (100) eV/A² -0.071/-0.075 -0.063 11.0
g (111) eV/A² -0.071/-0.075 -0.029 0.0
g (110) eV/A² -0.071/-0.075 -0.041 0.0
E Défaut dempilement eV/A² 0.0075 / 0.0090 0.0062 17.0
Al
Grandeurs Réf.Exp.N7 Simulations (Ce travail) Erreur ()
A0 (Angstrom) 3.52 3.520 0.0
E0 (eV) -4.45 -4.45 0.0
B (ergs/cm3) 1.810 1.804 0.3
C (Ergs/cm3) 0.500 0.496 0.8
C44_(Ergs/cm3) 1.250 1.249 0.1
C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.466 0.1
C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.473 0.2
g (100) eV/A² -0.148 -0.128 13.0
g (111) eV/A² -0.148 -0.107 0.0
g (110) eV/A² -0.148 -0.100 0.0
E Défaut dempilement eV/A² 0.0190 0.0198 4.5
Ni
12
Résultats (2/2)
Grandeurs Réf.Exp.N11 Simulations (ce travail) Erreur ()
A0 (Angstrom) 3.615 3.620 0.1
E0 (eV) -3.540 -3.534 0.2
B (ergs/cm3) 1.383 1.363 1.4
C (Ergs/cm3) 0.238 0.240 0.8
C44_(Ergs/cm3) 0.758 0.777 2.5
C11_(Ergs/cm3) 1.700 1.683 1.0
C12_(Ergs/cm3) 1.225 1.203 1.8
g (100) eV/A² -0.111 -0.087 21.0
g (111) eV/A² -0.111 -0.048 0.0
g (110) eV/A² -0.111 -0.058 0.0
Cu
13
2 ème phase / 2 Validation du code GEN_EAM_X
(M. Demirel)

• Détermination du potentiel nickel
• Détermination du potentiel aluminium

14
Production du potentiel EAM nickel
Grandeurs Réf.Exp.N Simulations Erreur ()
A0 (Angstrom) 3,52 3,52 0.0
E0 (eV) -4,450 -4.452 0.1
B (ergs/cm3) 1.810 1.789 1,2
C (Ergs/cm3) 0.500 0.498 0,4
C44_(Ergs/cm3) 1,250 1.218 2,5
C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.453 0.6
C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.456 0.9
g (100) eV/A² -0.148 -0.148 0.0
g (111) eV/A² -0.148 -0.132 0.0
g (110) eV/A² -0.148 -0.109 0.0
15
Objectif principal du stage  Production du
Potentiel EAM de Loxyde de nickel
Grandeurs Réf.Experimentales Simulations (ce travail) Erreur ()
A0 (Angstrom) 3,52 3,52 0.0
E0 (eV) -9,5 -9.503 0,1
B (ergs/cm3) 1.450 1.460 0,7
C (Ergs/cm3) 0.450 0.411 8,7
C44_(Ergs/cm3) 1,090 1.156 6,00
C11_(Ergs/cm3) 2.110 2,008 4,8
C12_(Ergs/cm3) 1.210 1.187 1,9
g (100) eV/A² -0.290 -0,230 20.7
g (111) eV/A² -0.290 -0,232 0.0
g (110) eV/A² -0.290 -0,220 0.0
16
Interface métal/oxyde

• Fonctionnelle d'Harris

Travaux en cours dapprofondissement
Travaux en cours dapprofondissement
E (d) -E0.(1d).exp(-d) Avec d (d-d0)/L
17
Application introduction des potentiels dans la
situation de fissuration
Simulation par P. Arnoux avec les potentiels
obtenus par M. Demirel au cours du stage
Travaux en cours dapprofondissement
18
Conclusions

• Succès possible emploi de   GEN_EAM_X
• Objectif atteint potentiel EAM de lOxyde
• Stage de recherche ? première étape du sujet de
  thèse
• Modélisation et simulation ? sujet prometteur et
  ambitieux