Développement d’un potentiel d’interaction Développement d’un potentiel d’interaction pour l’oxyde NiO de type EAMpour l’oxyde NiO de type EAM

Stage du DEA Stage du DEA MSMMSM par Mustafa DEMIREL par Mustafa DEMIREL

Tuteur : Patrick Arnoux, ingénieur CEA Tuteur : Patrick Arnoux, ingénieur CEA

Dynamique moléculaire Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion sous appliquée à la corrosion sous

contrainte :contrainte :

DEA DEA MModélisation et odélisation et SSimulation des imulation des MMatériauxatériaux

Cadre d’étudeCadre d’étude

LLaboratoire d'aboratoire d'ÉÉtude de la tude de la CCorrosion orrosion AAqueuse :queuse :

Domaine de Recherche : La Corrosion Sous ContrainteDomaine de Recherche : La Corrosion Sous Contrainte

Phénomènes d’amorçage et cinétique de Phénomènes d’amorçage et cinétique de propagation des fissurespropagation des fissures

LA CORROSION SOUS LA CORROSION SOUS CONTRAINTECONTRAINTE

Alliages métalliques Alliages métalliques ductilesductiles dans l’air dans l’air

Mais Mais certains certains fragilesfragiles dans l’eau à dans l’eau à 300°C300°C

Exemple : Inconel 600 (REP)Exemple : Inconel 600 (REP)

Objet d’étude : le fond de fissureObjet d’étude : le fond de fissure

Imagerie MET Imagerie MET (L.E. THOMAS ET (L.E. THOMAS ET S.M. BRUEMMER ) -2000-S.M. BRUEMMER ) -2000-

Potentiel d’interaction et Potentiel d’interaction et Dynamique moléculaireDynamique moléculaire

Point de départ, le Point de départ, le potentiel d’interactionpotentiel d’interaction inter-atomique inter-atomique

la la force d’interactionforce d’interaction dérive du potentiel dérive du potentiel :

Equation fondamentale de la mécanique classiqueEquation fondamentale de la mécanique classique :

Algorithme de VerletAlgorithme de Verlet et/ou prédicateur de Gear et/ou prédicateur de Gear Trajectoire :Trajectoire : Positions et Positions et Vitesses des atomesVitesses des atomes

Exemple de potentiel : V(r)=4e[(s/r)^12-(s/r)^6]

ModélisationModélisation

Potentiel EAMPotentiel EAM MétauxMétaux

BuckinghamBuckingham Cristaux ioniquesCristaux ioniques

Difficulté : Difficulté : MétauxMétaux ET ET OxydesOxydes

ApproximationApproximation : On remplace l’oxyde par un : On remplace l’oxyde par un Métal avec même EMétal avec même E00 et B et B

ModélisationModélisation

Le potentiel EAM: clef de voûte du succès Le potentiel EAM: clef de voûte du succès des simulationsdes simulations

ji

ijiji

ihitot RFE,

, 2

1

Grandeurs physiques et Grandeurs physiques et simulations Xmdsimulations Xmd

Grandeurs d’élasticité:Grandeurs d’élasticité:

CC1111,C,C1212,C,C4444, B (rigidité), et , B (rigidité), et C’ (cisaillement)C’ (cisaillement)

+ + Paramètre de maille A0, énergie de Paramètre de maille A0, énergie de cohésion E0, énergies de surface cohésion E0, énergies de surface , , énergies de défaut d’empilement:énergies de défaut d’empilement:

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

PROGRAMME

PRINCIPAL

« GEN_EAM_X » Réalisé par M Demirel

POCO Provenant d’Internet

XMD Provenant d’Internet

Fichier d’entrée, contraintes de

références, configuration

Potentiel EAM POCO

Potentiel EAM XMD

Réponses énergétiques

Fichiers d’entrées : Expériences

virtuelles dilatation, cisaillement énergie

de surface*.xm

EOS

Valeurs Simules a0, E0, B, C’, C44, C12, C11…

Valeurs références a0, E0, B, C’, C44, C12, C11…

POTENTIEL EAM FINAL Utilisable ultérieurement

Conversion

TRI

OBJET DU STAGE

1ere phase / 2 : Validation de 1ere phase / 2 : Validation de l’utilisation de Xmd (simulations)l’utilisation de Xmd (simulations)

Test du potentiel nickel Test du potentiel nickel

Test du potentiel aluminiumTest du potentiel aluminium

Test du potentiel CuivreTest du potentiel Cuivre

Xianwei ShaXianwei Sha

A. JohnsonA. Johnson

Résultats (1/2)Résultats (1/2)Grandeurs Réf.Exp.[N°9+10] 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

eV/A² -0.071/-0.075 -0.063 11.0

eV/A² -0.071/-0.075 -0.029 0.0*

eV/A² -0.071/-0.075 -0.041 0.0*

E Défaut d’empilement eV/A² 0.0075 / 0.0090 0.0062 17.0*

Al :Al :

Ni :Ni :

Grandeurs Réf.Exp.[N°7] 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

eV/A² -0.148 -0.128 13.0

eV/A² -0.148 -0.107 0.0*

eV/A² -0.148 -0.100 0.0*

E Défaut d’empilement eV/A² 0.0190 0.0198 4.5*

Résultats (2/2)Résultats (2/2)

Cu :Cu :

Grandeurs Réf.Exp.[N°11] 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

eV/A² -0.111 -0.087 21.0

eV/A² -0.111 -0.048 0.0*

eV/A² -0.111 -0.058 0.0*

2 ème phase / 2 : Validation du 2 ème phase / 2 : Validation du code code GEN_EAM_X GEN_EAM_X (M. Demirel)(M. Demirel)

Détermination du potentiel nickel Détermination du potentiel nickel

Détermination du potentiel aluminiumDétermination du potentiel aluminium

Production du potentiel EAM nickelProduction du potentiel EAM nickelGrandeurs 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

eV/A² -0.148 -0.148

eV/A² -0.148 -0.132

eV/A² -0.148 -0.109 0.0*

Objectif principal du stage : Production Objectif principal du stage : Production du Potentiel EAM de L’oxyde de nickeldu Potentiel EAM de L’oxyde 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

eV/A² -0.290 -0,230

eV/A² -0.290 -0,232

eV/A² -0.290 -0,220 0.0*

Interface métal/oxydeInterface métal/oxyde

Fonctionnelle d'Harris Fonctionnelle d'Harris

E (d) = -EE (d) = -E00..(1+d*).exp(-d*)(1+d*).exp(-d*)Avec d*= (d-dAvec d*= (d-d00)/L)/L

Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissementd’approfondissement

……

Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissementd’approfondissement

……

Application : introduction des Application : introduction des potentiels dans la situation de potentiels dans la situation de

fissuration fissuration

Simulation par P. Arnoux avec les potentiels obtenus par M. Demirel au cours du stageSimulation par P. Arnoux avec les potentiels obtenus par M. Demirel au cours du stage

Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissement…d’approfondissement…

ConclusionsConclusions

Succès : possible emploi de   « GEN_EAM_X»Succès : possible emploi de   « GEN_EAM_X»

Objectif atteint : potentiel EAM de l’OxydeObjectif atteint : potentiel EAM de l’Oxyde

Stage de recherche Stage de recherche première étape du sujet première étape du sujet de thèsede thèse

Modélisation et simulation Modélisation et simulation sujet prometteur et sujet prometteur et ambitieuxambitieux