Volumen II - SAM

nula (es decir, el sistema fluctúa alrededor del volumen de equilibrio) y temperatura constante durante todo
el cálculo. Los tiempos totales de simulación variaron entre 2 y 5×10 4 ps con un paso de integración entre 1 y
2 fs. Se realizaron simulaciones a 900K y 1000K en los dos materiales puros y con impurezas. En este último
caso, las impurezas se dispusieron inicialmente en forma regular en la estructura, formando una superred
ortorrómbica, de 125 átomos de Nb en Zr(hcp) y 64 átomos de Zr en Nb(bcc). Al término de las
simulaciones se observa que varias de las impurezas de Zr se movieron de su posición inicial por efecto del
intercambio con la vacancia, mientras que no se advirtieron cambios en la posición de las impurezas de Nb a
ninguna de las dos temperaturas estudiadas.
A fin de realizar una estimación de la movilidad de cada especie química, la trayectoria total del sistema
durante la simulación se dividió en 5 a 10 intervalos de duración Δt, al término de los cuales se retuvo la
configuración atómica. La contribución migratoria al coeficiente de difusión se calcula a partir de la relación
de Einstein:
1
2
D* = ∑| ri
( t + Δt)
− ri
( t)
| / 6Δt
(2)
N
α i
donde Nα es el número de átomos de la especie α, ri(t) es la posición del átomo i de especie α al tiempo t. Si
bien la estadística lograda no permitió establecer un cálculo confiable de coefientes de difusión, sí pudo
establecerse una comparación entre el sistema puro y con impurezas. El efecto resultante de agregar Zr al Nb
incrementa la difusión sólo en un 70% con respecto a la autodifusión en Nb puro para las temperaturas
estudiadas. En cambio, cuando se adiciona Nb al Zr(hcp) la autodifusión de Zr se incrementa al menos un
orden de magnitud con respecto al Zr puro para el mismo rango de temperaturas. Este comportamiento de
menor movilidad del Nb concuerda con las mayores energías de migración obtenidas en el cálculo estático.
4. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos para el salto de la vacancia en la aleación mediante cálculos estáticos muestran que
existe una tendencia a formar pares Nb-Nb a primeros vecinos en Zr(hcp) mientras que en Nb(bcc) la
formación de pares análogos Zr-Zr es desfavorable. Este comportamiento indicaría una tendencia a la
segregación del Nb en Zr y la mayor solubilidad del Zr en Nb. Este resultado acuerda con la evidencia
experimental: a la temperatura de la transformación monotectoide (T~900K) se observa que la solubilidad
del Zr en Nb(bcc) es un orden de magnitud mayor que la solubilidad del Nb en Zr(hcp) (7.9 y 0.7 % en peso,
respectivamente [7]). En general, dada una configuración local de salto, la energía de migración de la
vacancia resulta mayor si ésta se intercambia con un átomo de Nb que si lo hace con uno de Zr. Este
resultado es válido tanto en Zr(hcp) como en Nb(bcc). Aún así, existen configuraciones particulares en
ambas estructuras cristalinas para las cuales la energía de la barrera disminuye sensiblemente en presencia de
impurezas con respecto a su valor en el material puro. Se estima que los saltos correspondientes contribuirán
a incrementar la difusión en la aleación con respecto al material puro.
En cuanto a las simulaciones realizadas con DM en Zr(hcp) no se observa migración de las impurezas de Nb,
mientras que sí se detectan cambios de posición de las impurezas de Zr en Nb(bcc). En base a los cálculos de
difusividad mediante el camino cuadrático medio, las movilidades estimadas muestran un incremento
moderado en la difusividad del Nb cuando se agrega Zr y un incremento bastante mayor en Zr con el
agregado de Nb. No han podido hallarse en la literatura datos sobre la difusión de cualquiera de las dos
especies en Nb(bcc) o Zr(hcp). Los datos disponibles se refieren a la fase bcc de altas temperaturas en Zr,
donde la presencia de Nb disminuye la autodifusión del Zr [8].
Por último, cabe señalar que los tiempos de simulación empleados son demasiado breves como para poder
observar la segregación de un dado componente. Se planea completar el presente estudio implementando la
técnica de simulación por el método Monte Carlo, la cual permitirá tiempos de simulación mayores.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo se realizó en el marco de los proyectos PIP5062(CONICET) y 26/E450 (CIUNT).
REFERENCIAS
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