Efecto de impurezas de plata en las propiedades mecánicas del cobre: simulación computacional a nivel atómico

Abstract

Estudiamos el efecto de impurezas de plata, a bajas concentraciones (<0.6 at %), en las propiedades mecánicas de cobre mono y policristalino, mediante simulaciones de dinámica molecular. Para ello, realizamos ensayos de esfuerzo y deformación sobre la muestra, enfocandonos en la elasticidad e inicio de la plasticidad. En el estudio del monocristal consideramos sistemas compuestos por ⇠18 mil átomos, con impurezas sustitucionales ubicadas aleatoriamente sobre la superficie. Las simulaciones indican que el régimen elástico del material es independiente de la concentración de impurezas. Respecto al comienzo del régimen plástico, observamos que a mayor concentración, menor es el limite elástico. Análisis energéticos detallados permiten concluir que esto se debe a que los átomos de plata disminuyen levemente la energía de falla de apilamiento inestable del cobre, haciéndolos actuar como fuentes de dislocaciones parciales, promoviendo ası el inicio de la plasticidad. En el estudio del policristal consideramos sistemas compuestos por ⇠600 mil ´atomos, donde las impurezas las colocamos aleatoriamente en los bordes de grano. De acuerdo a los resultados, los regímenes elástico y plástico no son sensibles respecto a la concentración de impurezas en el rango considerado. Un estudio cualitativo del fen´omeno indica que la razón de esto seria que los mecanismos de plasticidad involucrados, en este caso, a saber: nucleacion y propagación de dislocaciones, rotación y deslizamiento de granos, compiten de tal manera que anulan los efectos de la plata.